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Handbuch „BHKW‐Check“ - Hamburg

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 BHKW‐Check Handbuch zur Ermittlung von Einsparpotenzialen durch den Einsatz von Blockheizkraftwerken Der Inhalt dieser Broschüre wurde erstellt von: HGC Hamburg Gas Consult GmbH Heidenkampsweg 99, 20097 Hamburg www.hgc‐hamburg.de 2. Auflage Stand: Januar 2011 Herausgeber:
Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt
Unternehmen für Ressourcenschutz
Stadthausbrücke 8, 20355 Hamburg
www.ressourcenschutz.hamburg.de
Inhaltsverzeichnis 1. Einführung ....................................................................................................................................... 4 1.1. Ziel des Handbuchs ................................................................................................................. 4 1.2. Handhabung des Handbuches ................................................................................................ 4 Teil 1 : Grundlagen .................................................................................................................................. 5 2. Allgemeine Informationen ............................................................................................................. 5 2.1. Kraft‐Wärme‐Kopplung .......................................................................................................... 5 2.2. Blockheizkraftwerke (BHKW) ................................................................................................. 6 2.3. Einsparpotenziale ................................................................................................................... 7 2.4. Einsatzmöglichkeiten für BHKWs ........................................................................................... 9 2.5. Kraft‐Wärme‐Kälte‐Kopplung................................................................................................. 9 2.6. Kennzahlen ............................................................................................................................ 10 2.7. Komponenten der BHKW‐Anlage ......................................................................................... 13 3. Technische Planungshinweise ...................................................................................................... 17 3.1. Allgemeine Voraussetzungen ............................................................................................... 17 3.2. Dimensionierung ................................................................................................................... 17 3.3. Hydraulische Einbindungsmöglichkeiten ............................................................................. 23 3.4. Elektrische Einbindung ......................................................................................................... 26 3.5. Erdgasanschluss .................................................................................................................... 29 3.6. Abgassystem ......................................................................................................................... 30 3.7. Zu‐ und Abluft ....................................................................................................................... 30 4. Förderung von KWK ...................................................................................................................... 33 4.1. Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) ........................................................................................ 34 4.2. Energiesteuergesetz (EnergieStG) und Stromsteuergesetz (StromStG) ............................. 34 4.3. Kraft‐Wärme‐Kopplungs‐Gesetz (KWKG) ............................................................................ 34 4.4. Erneuerbare‐Energien‐Gesetz (EEG) .................................................................................... 36 4.5. Erneuerbare‐Energien‐Wärmegesetz (EEWärmeG) ............................................................. 37 4.6. Förderprogramme ................................................................................................................ 37 5. Wirtschaftlichkeit ......................................................................................................................... 40 5.1. Berechnungsverfahren ......................................................................................................... 40 5.2. Kostenermittlung .................................................................................................................. 41 5.3. Erlöse, Einsparungen ............................................................................................................ 43 5.4. Gestehungskosten ................................................................................................................ 44 ‐ 2 ‐ Stand: Januar 2011 5.5. 6. Amortisation ......................................................................................................................... 44 Rechtliche Grundlagen ................................................................................................................. 45 6.1. Organisatorische Konzepte .................................................................................................. 45 6.2. Anmeldung und Genehmigung ............................................................................................ 46 Teil 2: BHKW‐Check ............................................................................................................................... 47 7. Bestandsaufnahme (Checklisten) ................................................................................................. 47 7.1. Gebäude und Nutzerdaten ................................................................................................... 49 7.2. Angaben zum bestehenden Heizungssystem ...................................................................... 50 7.3. Einsparpotenziale in der Bestandsanlage ............................................................................ 53 7.4. Angabe der Verbrauchsdaten .............................................................................................. 56 8. Dimensionierung mit Excel‐Tabelle ............................................................................................. 58 8.1. Excel‐Blatt „1. Verbrauchsdaten“ ........................................................................................ 58 8.2. Excel‐Blatt „2. Dimensionierung“ ......................................................................................... 60 8.3. Excel‐Blatt „3. Wirtschaftlichkeit“ ....................................................................................... 63 8.4. Excel‐Blatt „Diagramme“ ...................................................................................................... 66 9. Checkliste Genehmigung / Förderanträge ................................................................................... 68 Literaturverzeichnis ............................................................................................................................... 69 Anhang: Beispiel zur Dimensionierung mit dem Excel‐Tool ............................................................... 71 ‐ 3 ‐ Stand: Januar 2011 1. Einführung Wärme wird in Hamburger Gewerbeunternehmen noch in sehr großem Umfang ohne gleichzeitige Stromproduktion erzeugt. In einer systematischen Untersuchung in Hamburger Gewerbeunternehmen, beauftragt durch die Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt (BSU) wurden die Potenziale für den Einsatz von Kraft‐Wärme‐Kopplung (KWK) ermittelt. Daraus ergaben sich deutliche Möglichkeiten für den Ausbau der KWK bei Gewerbeunternehmen. Zur Verifizierung soll für mittlere KWK‐Anlagen (Anlagen von 50 kW bis 300 kW elektrischer Leistung) ein BHKW‐Check vor Ort mit qualifizierter Datenermittlung und Auswertungen angeboten werden. 1.1. Ziel des Handbuchs Dieses Handbuch dient als Unterstützung zur Vorbereitung und als Hilfe bei der Durchführung von BHKW‐Checks. Es enthält theoretische Grundlagen der Kraft‐Wärme‐Kopplung sowie technische Planungshinweise für Blockheizkraftwerke (BHKW) und eine Anleitung für die Auswertung des BHKW‐Checks. Es werden spezifische und relative Einsparpotenziale berechnet bzw. abgeschätzt. Die Dimensionierung der BHKW‐Anlagen erfolgt anhand eines Berechnungsprogramms (excel‐
Tabellenkalkulation) mit den Daten aus der Checkliste. Der Gebrauch des Berechnungsprogramms wird im Handbuch erläutert. Das vorliegende Handbuch einschließlich des Kalkulationsprogramms kann nur einen Überblick über die Auslegung und Einbindung kleiner und mittlerer BHKW‐Anlagen geben. Für die Umsetzung ist die verantwortliche Einbindung der Hersteller bzw. eines qualifizierten Planers in der Regel erforderlich. Die in diesem Handbuch getroffenen Aussagen sind nach bestem Wissen und Gewissen zusammengestellt worden. Für die Umsetzung einer geplanten BHKW‐Anlage ist in der Regel die Beauftragung eines Planers oder Herstellers notwendig. 1.2. Handhabung des Handbuches Das Handbuch gliedert sich in zwei Teile auf. Im ersten Teil werden die theoretischen Grundlagen von Kraft‐Wärme‐Kopplung sowie Blockheizkraftwerken erläutert. Dazu werden zunächst die technischen Grundlagen der Kraft‐Wärme‐Kopplung erläutert, anschließend werden allgemeine und spezifische Planungshinweise für die Einbindung von Blockheizkraftwerken und Wirtschaftlichkeits‐
betrachtungen gegeben. Der zweite Teil des Handbuchs dient zur Durchführung des BHKW‐Checks. Zunächst wird anhand der zusammengestellten Checklisten eine Bestandsaufnahme der vorhandenen Anlage durchgeführt. Nach Durchführung der Bestandsaufnahme kann eine Aussage getroffen werden, ob der Einsatz eines BHKWs grundsätzlich realistisch ist. Es werden weiterhin Hinweise zu Einsparpotenzialen in der Heizungsanlage gegeben sowie die Verbrauchsdaten abgefragt. Mit den Verbrauchsdaten kann nun anhand des beiliegenden Excel‐Programms eine überschlägige Dimensionierung des Blockheizkraftwerks durchgeführt werden. Das Programm gibt Auskunft zu den Einsparpotenzialen durch den Einsatz eines BHKWs und gibt die Ergebnisse einer überschlägigen Wirtschaftlichkeitsberechnung aus. Nach Durchführung dieses Checks kann somit eine grundsätzliche Entscheidung für oder gegen den Einsatz eines BHKWs getroffen werden. ‐ 4 ‐ Stand: Januar 2011 Teil 1 : Grundlagen 2. Allgemeine Informationen 2.1. Kraft‐Wärme‐Kopplung Herkömmliche Kraftwerke nutzen nur 30 bis 40 % der eingesetzten Primärenergie zur Stromerzeugung. Die übrige Energie wird in Form von Abwärme an die Umgebung abgegeben. Der Verbraucher bezieht den Strom aus dem Netz. Für die Bereitstellung der Nutzwärme ist ein weiterer Heizkessel mit einem zusätzlichen Verbrauch von Brennstoffen notwendig. Das Prinzip der Kraft‐Wärme‐Kopplung (KWK) sieht Stromerzeugung mit paralleler Nutzung der entstehenden Abwärme zu Heizzwecken vor. So kann der Brennstoffverbrauch und damit die Treibhausgasemissionen für die Erzeugung von Strom und Wärme drastisch reduziert werden. Das Leistungsspektrum von KWK‐Anlagen reicht von Heizkraftwerken im Megawatt‐Bereich, welche die Abwärme in Fernwärmenetze einspeisen bis zu sogenannten Mini‐KWK Anlagen mit wenigen Kilowatt Leistung für den Einsatz in kleinen Gewerbebetrieben oder Hotels. Zurzeit kommen nur etwa 12 % des elektrischen Stroms aus Anlagen, die das Prinzip der Kraft‐
Wärme‐Kopplung nutzen (1). Die Bundesregierung hat beschlossen, durch Zusatzvergütung und andere Fördermaßnahmen den KWK‐Anteil an der Stromerzeugung bis zum Jahre 2020 auf 25 % zu erhöhen. Das Potenzial der KWK in Deutschland ist in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 1: KWK‐Potenzial in Deutschland (Quelle: (2)) Der Großteil der KWK‐Leistung kommt aus Heizkraftwerken (Versorgung von Fernwärmenetzen mit gleichzeitiger Stromproduktion). Dabei kommen im großen Leistungsbereich (Megawatt) meist Gas‐ und Dampfturbinenanlagen mit Wärmeauskopplung zum Einsatz. ‐ 5 ‐ Stand: Januar 2011 Im kleinen bis mittleren Leistungsbereich kommen dagegen meist sogenannte Motor‐
Blockheizkraftwerke (BHKW) zum Einsatz. Weitere Anlagen, die nach dem KWK‐Prinzip Strom und Wärme bereitstellen, sind Mikro‐Gasturbinen, Stirling‐Motoren oder Brennstoffzellen. Neben konventionellen fossilen Kraftstoffen wie Erdgas oder Heizöl können KWK‐Anlagen ebenfalls mit Brennstoffen aus regenerativen Quellen betrieben werden. Eine gute Marktreife haben hier bereits BHKWs mit Biogas‐ oder Pflanzenölfeuerung gewonnen, andere Techniken wie mit Holzpellets befeuerte Stirling‐Motoren befinden sich noch in der Erprobung. Die Kraft‐Wärme‐
Kopplung bietet besonders bei den regenerativen Energieträgern wie Biogas aufgrund der guten Brennstoffausnutzung ein großes Potenzial und wird dementsprechend durch das EEG (Erneuerbare‐
Energien‐Gesetz) gefördert. Diese Beschreibung der Anlagen bezieht sich auf den Betrieb mit Erdgas. Bei anderen Brennstoffen sind Anpassungen notwendig. 2.2. Blockheizkraftwerke (BHKW) Bei den Blockheizkraftwerken kommen modifizierte Motoren aus dem PKW/LKW‐ oder Schiffsmotoren‐Bereich zum Einsatz. Durch einen Generator wird elektrische Energie erzeugt, während über den Kühlwasser‐ und Schmierölkreislauf sowie durch den Abgaswärmetauscher Heizungswasser erwärmt wird. Durch eine gute hydraulische Verschaltung dieser Wärmequellen lassen sich Heizwassertemperaturen von 90‐110 °C erreichen. Für den Einsatz in Gebäudeheizungen sind BHKWs aufgrund dieses Temperaturniveaus gut geeignet. Abbildung 2 zeigt den schematischen Aufbau eines netzgekoppelten BHKWs. Abbildung 2: Schematischer Aufbau eines netzgekoppelten BHKWs, Quelle: (3) ‐ 6 ‐ Stand: Januar 2011 XRGI 15 (15 kWel); Quelle: EC Power A/S GG 402 (405 kWel); Quelle: SOKRATHERM GmbH GE 620 (2 MWel); Quelle: GE Jenbacher GmbH & Co OHG
Abbildung 3: Abbildung von BHKW‐Modulen unterschiedlicher Leistungsgröße Blockheizkraftwerke zeigen ein deutlich besseres Teillastverhalten als beispielsweise Gasturbinen, bei einem großen Leistungsbereich von 5 kWel bis zu mehreren MW elektrischer Leistung. In den Verbrennungsmotoren können nahezu alle gasförmigen und flüssigen Brennstoffe eingesetzt werden. In Abbildung 3 sind BHKWs unterschiedlicher Leistungsgröße von verschiedenen Herstellern dargestellt. Aufgrund der Fördermaßnahmen im Bereich der Kraft‐Wärme‐Kopplung zeigten sich in den letzten 20 Jahren enorme Fortschritte in der BHKW‐Technik. Diese äußern sich beispielsweise im gestiegenen Wirkungsgrad, langer Lebensdauer sowie der Vollautomatisierung des Betriebs. 2.3. Einsparpotenziale Abbildung 4 zeigt den Unterschied des konventionellen Bezugs von Strom und Wärme, das heißt, die Stromerzeugung im Großkraftwerk und die Bereitstellung von Wärme im Heizkessel und der dezentralen Kraft‐Wärme‐Kopplung im Blockheizkraftwerk. Mit einer dezentralen Erzeugung einer vergleichbaren Energiemenge im BHKW können gegenüber der getrennten Bereitstellung bis zu 40% der Primärenergie eingespart werden. ‐ 7 ‐ Stand: Januar 2011 Abbildung 4: Primärenergieeinsparung bei der Kraft‐Wärme‐Kopplung (Quelle: (2)) Die bessere Brennstoffausnutzung führt damit auch zu deutlich verringerten CO2‐Emissionen im Vergleich zur konventionellen Erzeugung. In Abbildung 5 sind verschiedene Technologien zur Stromerzeugung gegenübergestellt. Die spezifischen Emissionen (in g CO2 pro erzeugter kWh elektrischer Energie) von einem Erdgas‐BHKW liegen dabei noch deutlich unter denen moderner Großkraftwerke (GuD‐Kraftwerk). Abbildung 5: CO2‐Emissionen verschiedener Stromerzeugungssysteme (Quelle: (2)) Die CO2‐Emissionen von KWK‐Systemen sind beim Einsatz von regenerativen Brennstoffen sogar negativ, weil die Gutschriften aus den vermiedenen Emissionen einer alternativen Wärmeerzeugung in einem Kessel größer sind als die Gesamtemissionen des KWK‐Systems vor Ort. ‐ 8 ‐ Stand: Januar 2011 2.4. Einsatzmöglichkeiten für BHKWs Blockheizkraftwerke zur Erzeugung von Strom und Wärme können überall dort effektiv betrieben werden, wo der Wärmebedarf über das ganze Jahr hinweg möglichst konstant ist. Bevorzugtes Einsatzgebiet für BHKWs im mittleren Leistungsbereich (mehrere hundert kWel) sind größere Gebäudekomplexe oder auch der Zusammenschluss von Wärmeabnehmern in Nahwärmenetzen. In den letzten Jahren nimmt durch gezielte Fördermaßnahmen die Aufstellung von BHKWs im unteren Leistungsbereich stark zu. Sie können in größeren Einzelobjekten eingesetzt werden, so z.B. Gaststätten oder Gewerbebetrieben, Hotels, Sportstätten und Krankenhäusern. Der Betrieb in Einfamilienhäusern ist aufgrund der stark schwankenden Wärmebedarfsstruktur meist nicht wirtschaftlich. Von 1990 bis 1997 stieg die Anzahl installierter BHKW‐Anlagen von 1.400 bis auf 4.200 und lag 2007 bereits bei 20.000 Anlagen (4). BHKW‐Anlagen kleiner und mittlerer Leistung sind auch von erheblicher Bedeutung für eine Nutzung im Industrie‐ und Gewerbe sowie im Dienstleistungssektor. Auch hier gibt es eine Vielzahl von Branchen mit kleineren Betriebsstätten und deshalb geringeren Leistungsanforderungen. Weiterhin stimmen hier meist das Zeitprofil des Wärme‐ und Strombedarfs gut überein. Die Standorte eignen sich daher oft für den BHKW‐Einsatz, zumal viele Industriebetriebe ihre energietechnischen Anlagen inzwischen auf Erdgas umgestellt haben. 2.5. Kraft‐Wärme‐Kälte‐Kopplung Prinzipiell ist außerdem die Erzeugung von Kälte aus der BHKW‐Abwärme möglich. Dadurch kann die Betriebslaufzeit im Sommer deutlich erhöht werden. Zur Kälteerzeugung werden Absorptions‐ oder Adsorptionskältemaschinen eingesetzt. In diesem Fall spricht man von Kraft‐Wärme‐Kälte‐Kopplung (KWKK). Im Gegensatz zu den üblichen Kompressionskältemaschinen, welche mit elektrischer Energie betrieben werden, erfolgt die Kälteerzeugung durch eine temperaturbeeinflusste Lösung des Kältemittels. Bei dem Prozess wird die Temperaturabhängigkeit der physikalischen Löslichkeit zweier Stoffe genutzt. Abbildung 6 zeigt das allgemeine Verfahrensschema einer Absorptionskältemaschine. Abbildung 6: vereinfachtes Schema einer Absorptionskältemaschine (Quelle: (5)) ‐ 9 ‐ Stand: Januar 2011 Das Kältemittel wird zunächst in einem Lösungsmittelkreislauf bei geringer Temperatur absorbiert. Bei diesem Vorgang fällt Abwärme QAbs an. Der Lösemittelkreislauf wird durch eine Lösemittelpumpe angetrieben. Im Austreiber werden die beiden Stoffe wieder getrennt. Dazu ist die Zufuhr von Wärme auf einem relativ geringen Temperaturniveau notwendig (Nutzkälte QA). Das verdampfte Kältemittel wird anschließend kondensiert, die dabei anfallende Abwärme QH muss über einen Rückkühler an die Umgebung abgegeben werden. Nach Absenkung des Betriebsdrucks kann das Kältemittel wieder verdampft werden. Die dafür notwendige Wärme QK wird auf einem hohen Temperaturniveau, z.B. durch das BHKW bereitgestellt. Das verdampfte Lösungsmittel wird wieder in den Absorber geführt und der Vorgang beginnt von Neuem. Der Adsorptionsprozess funktioniert prinzipiell ähnlich, mit dem Unterschied, dass das Kältemittel von einem festen Stoff physikalisch adsorbiert und der Prozess nicht im Kreislauf, sondern periodisch geführt wird. Mehrere Hersteller bieten Absorptionskältemaschinen im Leistungsbereich von knapp 10 kW bis zu mehreren MW an. Ein Nachteil dieser Technologie ist, dass der apparative Aufwand bei Ad‐ und Absorptionskältemaschinen sowie der Rückkühlung (meist Verdunstungskühler) sehr hoch ist. Abbildung 7: Lithiumbromid‐Absorptionskältemaschine (Quelle: (5)) Eine Wirtschaftlichkeit der KWKK ist deshalb meistens nur gegeben, wenn die BHKW‐Wärme sehr kostengünstig zur Verfügung steht. Zusätzlich ist die wirkliche CO2‐Bilanz des Gesamtsystems sehr genau zu prüfen. Die Projektierung von KWKK‐Anlagen wird in diesem Handbuch nicht im Detail betrachtet. 2.6. Kennzahlen Die Effizienz bzw. der Nutzen von Maschinen und technischen Anlagen kann durch verschiedene Kennzahlen beschrieben werden. Die energetischen Kennzahlen, welche im Folgenden charakterisiert werden, sind daher für die weiteren ökologischen und ökonomischen Betrachtungen von KWK‐Anlagen von großer Bedeutung. ‐ 10 ‐ Stand: Januar 2011 2.6.1. Wirkungsgrad Der Wirkungsgrad stellt ganz allgemein die abgegebene Leistung zur zugeführten Leistung ins Verhältnis. Er wird verwendet, um die Effizienz von Energiewandlungen oder Übertragung zu beschreiben. Im Zusammenhang von Prozessen der Kraft‐Wärme‐Kopplung spricht man im Allgemeinen vom thermischen, dem elektrischen sowie dem Gesamtwirkungsgrad. Sie sind wie folgt definiert: Dabei stellen der thermische und der elektrische Wirkungsgrad das Verhältnis der Nutzwärme bzw. der elektrischen Leistung zum Brennstoffeinsatz dar. Der Gesamtwirkungsgrad stellt die Summe aus beiden thermischen und elektrischen Wirkungsgrad dar und beschreibt den Gesamtnutzen, welcher sich aus der eingesetzten Brennstoffleistung ergibt. Eine Marktübersicht (6) ergab eine Verteilung des elektrischen Wirkungsgrades von BHKWs verschiedener Anbieter in Abhängigkeit der elektrischen Leistung gemäß Abbildung 8. Maschinen im höheren Leistungsbereich erreichen demnach elektrische Wirkungsgrade von über 40%. Im unteren Leistungsbereich (5 bis 100 kWel) liegen die Wirkungsgrade bei 25 bis 35%. Abbildung 8: Gegenüberstellung des elektrischen Wirkungsgrades gegenüber der elektrischen Leistung (Quelle: (6)) ‐ 11 ‐ Stand: Januar 2011 2.6.2. Nutzungsgrad Im Vergleich zum Wirkungsgrad werden beim Nutzungsgrad Energiemengen ins Verhältnis gesetzt. Der Nutzungsgrad erlaubt es, die Effektivität einer Anlage im tatsächlichen Betrieb zu bestimmen. Verluste, Eigenbedarf, Betriebsunterbrechungen und Teillast werden im Gegensatz zum Wirkungsgrad berücksichtigt. Auch der Nutzungsgrad kann auf die elektrische Energie, die thermische Nutzenergie oder den Gesamtnutzen bezogen werden. Eine allgemeine Formel für den Nutzungsgrad lautet wie folgt: ä
ä
.
.
ü
ä
ä
Folgende Größen haben einen wichtigen Einfluss auf den Nutzungsgrad: 
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Verluste während der Aufheizvorgänge Bereitschaftsverluste bei Brennerstillstand durch Strahlung und Konvektion Art der Kessel‐ und Feuerungsregelung Betriebsführung (z.B. Nachtabsenkung) Nutzung, Gebäude, Anlage Ein ausführliches Verfahren zur Bestimmung des Nutzungsgrades bei Heizungsanlagen ist in VDI 3808 dargestellt. 2.6.3. Stromkennzahl Die Stromkennzahl σ bezeichnet in KWK‐Anlagen das Verhältnis von elektrischer Leistung zum Nutzwärmestrom. Eine große Stromkennzahl kennzeichnet eine hohe Ausbeute an elektrischer Energie im Verhältnis zur Nutzwärme. Wird keine Abwärme genutzt, ist die Stromkennzahl unendlich, bei ausschließlicher Wärmenutzung beträgt sie null. Übliche Blockheizkraftwerke haben Stromkennzahlen von 0,4 bis 0,9. Die Stromkennzahl einer Anlage ist keine feste Größe, sondern vom jeweiligen Betriebszustand der Anlage abhängig. ‐ 12 ‐ Stand: Januar 2011 2.7. Komponenten der BHKW‐Anlage Abbildung 9: Definition der BHKW‐Komponenten gemäß DIN 6280‐14; Quelle: (7) In Abbildung 9 sind die Anlagenkomponenten eines Blockheizkraftwerks gemäß der Definition und Abgrenzung nach DIN 6280‐14 (7) dargestellt. Hiernach wird zwischen dem BHKW‐Aggregat, dem BHKW‐Modul und der gesamten Anlage (BHKW) unterschieden. Im kleinen bis mittleren Leistungsbereich werden BHKWs heute als anschlussfertige, weitestgehend standardisierte Kompaktanlagen geliefert. Im Folgenden werden die einzelnen Komponenten von BHKW‐Anlagen erläutert. 2.7.1. Motor Für den Betrieb in Blockheizkraftwerken kommen meist umgebaute oder für den Dauerbetrieb modifizierte PKW‐, LKW‐, Schiffs‐ oder Industriemotoren zum Einsatz. Üblicherweise sind dies Langsamläufer mit Drehzahlen von 1.500 U/min. Man unterscheidet hier zwischen Gasottomotoren, Diesel‐ und Dieselgasmotoren (auch Zündstrahlaggregate genannt). Als häufigster Brennstoff wird Erdgas eingesetzt, daher sind ‐ 13 ‐ Stand: Januar 2011 überwiegend Gasottomotoren verbreitet. Dieselmotoren haben unter Nennlast im Durchschnitt höhere mechanische und damit elektrische Wirkungsgrade als Gasottomotoren. Unter Teillast schneiden Gasottomotoren dagegen meist besser ab. Aufgrund der emissionstechnischen Vorteile (praktisch schwefelfrei, nahezu geruchs‐ und rußfreies Abgas) und der gut ausgebauten Erdgas‐Infrastruktur, kommt in den meisten BHKWs Erdgas zum Einsatz. Neben Lagerbrennstoffen wie Diesel, Heizöl und Flüssiggas können weiterhin alternative Brennstoffe aus erneuerbaren Energien eingesetzt werden (Biogas, Biodiesel, Rapsöl etc.). 2.7.2. Generator Beim Generator unterscheidet man grundsätzlich zwischen zwei verschiedenen Bauarten, dem Asynchron‐ und Synchrongenerator. Die Auswahl ist zunächst einmal abhängig von der Betriebsart des Motors. Dabei unterscheidet man zwischen: 
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Netzparallelbetrieb: Betriebsführung mit dem öffentlichen Netz Inselbetrieb: Betrieb eines eigenständigen Netzes Notstrombetrieb: vom Netzparallelbetrieb umschaltbar auf Inselbetrieb Im Netzparallelbetrieb kommen überwiegend Asynchrongeneratoren zum Einsatz. Diese sind meist robust und preiswert, da sie keine Regeleinrichtungen benötigen. Das Stromnetz gibt dabei die Spannung und Frequenz vor und liefert den notwendigen Blindstrom. Synchrongeneratoren besitzen für den Netzparallelbetrieb eine Synchronisierungseinrichtung, welche bei Bedarf ein eigenes Netz betreiben kann. Durch Regler werden dabei Spannung und Frequenz konstant gehalten. 2.7.3. Wärmeauskopplung Über verschiedene Wärmetauscher wird die im Motor entstehende Abwärme ausgekoppelt und an das Wärmeträgermedium abgegeben. Dabei fällt die Wärme auf einem unterschiedlichen Temperaturniveau an. Durch eine sinnvolle Verschaltung können Vorlauftemperaturen von etwa 90°C erreicht werden. Dazu wird das 60‐70°C warme Rücklaufwasser der Heizung zunächst durch das Kühlwasser und Schmieröl auf etwa 80°C aufgewärmt und im nachgeschalteten Abgaswärmetauscher auf 90°C Vorlauftemperatur angehoben. Das Abgas wird dabei auf etwa 120°C abgekühlt. ‐ 14 ‐ Stand: Januar 2011 Abbildung 10: Schema der Wärmeauskopplung beim BHKW‐Motor; Quelle: E.ON Hanse Wärme GmbH Bei ausreichend niedrigen Rücklauftemperaturen im Heizungssystem ist außerdem die Vorwärmung durch einen Brennwert‐Wärmetauscher im Abgassystem sinnvoll. Hierbei wird das im Abgas befindliche Wasser kondensiert und die anfallende Wärme zur Vorwärmung des Heizungswasser genutzt. Ein Schema der Wärmeauskopplung mit Brennwert‐Wärmetauscher beim BHKW ist in Abbildung 10 dargestellt. Um die ausreichende Kühlung des Motors zu gewährleisten, darf die Rücklauftemperatur des Heizungswassers einen bestimmten Wert nicht überschreiten (ca. 70°C), sonst schaltet sich der Motor in der Regel über einen Temperaturbegrenzer ab. 2.7.4. Maßnahmen zur Emissionsminderung Durch die TA Luft sind Emissionsgrenzwerte für verschiedene Substanzen vorgegeben. Bei Erdgasmotoren sind dies im Wesentlichen Stickstoffoxid (NOX) und Kohlenstoffmonoxid (CO), bei Dieselmotoren zusätzlich die Emission von Rußpartikeln und Kohlenwasserstoffen. Zur Minderung der Emissionen unterscheidet man zwischen Primär‐ und Sekundärmaßnahmen. Primärmaßnahmen sind Maßnahmen konstruktiver bzw. betrieblicher Art, welche das Ziel haben, die Schadstoffentstehung zu vermindern. Die dem Verbrennungsprozess nachgeschalteten Abgasbehandlungsprozesse bezeichnet man als Sekundärmaßnahmen (z.B. Katalysatoren). Es werden im Wesentlichen folgende Verfahren angewandt: ‐ 15 ‐ Stand: Januar 2011 
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3‐Wege‐Katalysatoren: Wie in PKW‐ und LKW‐ Motoren kommen auch bei BHKWs mit Ottomotoren am häufigsten 3‐Wege‐Katalysatoren zum Einsatz. Diese vermindern die im Abgas befindlichen Anteile von NOX, CO und unverbrannten Kohlenwasserstoffen. 3‐Wege‐
Katalysatoren erreichen sehr hohe Abbauraten der Schadstoffe. Das gereinigte Abgas liegt meist weit unter den Grenzwerten der TA Luft. Magermotoren: Gasottomotoren, welche mit hohem Luftüberschuss betrieben werden (λ=1,6‐1,8), werden als Magermotoren bezeichnet. Durch diese Primärmaßnahme verringern sich die NOX‐Emissionen im Betrieb. In Verbindung mit einem Oxidationskatalysator, welcher die CO‐ und Kohlenwasserstoff‐ Emissionen vermindert, können sehr niedrige Schadstoffwerte erreicht werden. Durch Magermotorbetrieb verringert sich jedoch die Motorleistung, was durch eine Gemischaufladung (Abgas‐Turbolader) ausgeglichen werden kann. Partikelfilter: Zur Minderung von Rußemissionen werden bei Dieselmotoren Faserfilter zur Reduzierung der Partikel eingesetzt. Dadurch wird eine Rückhaltung von ca. 90% der Rußpartikel erreicht. 2.7.5. Schallschutz Die Schallemissionen eines BHKWs werden hauptsächlich durch den Motorbetrieb (Zündung und Drehzahl) bestimmt. Durch spezielle Schallschutzmaßnahmen, wie z.B. Abgasschalldämpfer, elastische Lagerung des Motors wird die Luft‐ und Körperschallübertragung auf die genutzte Gebäudehülle begrenzt. Bei besonderen Anforderungen (Aufstellung in Heizzentralen) wird das BHKW‐Modul durch einen zusätzlichen Fundamentblock oder Schwingungsdämpfer von der Bodenplatte entkoppelt. Für das einzelne BHKW‐Aggregat kann weiterhin eine Schallschutzhaube vorgesehen werden, welche die Luftschallübertragung begrenzt. 2.7.6. Modulsteuerung Die BHKW‐Module werden von den Herstellern üblicherweise einschließlich Modulsteuerung für den vollautomatischen Betrieb ausgeliefert. Die Steuerung übernimmt die notwendigen Regel‐, Steuer‐ und Überwachungsaufgaben. Dazu gehören: 
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Motorsteuerung Motorüberwachung Netz‐ und Generatorüberwachung Überwachung der Leistungskenngrößen Regelung der Abgasreinigungsanlage Schnittstelle für Störmelde‐ und Datenfernübertragung Notabschaltung ‐ 16 ‐ Stand: Januar 2011 Für den sicheren und störungsfreien Betrieb ist die Modulsteuerung von großer Bedeutung. Zunehmend besteht die Möglichkeit, über Fernabfragen den Zustand und die Historie der Anlage zu kontrollieren und ggf. in den Betrieb einzugreifen. 3. Technische Planungshinweise Bei der Planung von BHKW‐Nachrüstungen in bestehende Anlagen ist unbedingt zu berücksichtigen, dass die Komponenten zusammen passen, korrekt ausgelegt sind und richtig eingestellt werden. Deshalb ist eine systematische Kontrolle der technischen Kompatibilität von Heizungsanlage und BHKW schon in der Planungsphase von größter Bedeutung. Dies gilt vor allem für die hydraulischen Verhältnisse im Wärmeverteilungssystem, des Mess‐ und Regelsystems sowie des Stromanschlusses. Zudem sind die Vorschriften und technischen Daten der BHKW‐Hersteller zu beachten. 3.1. Allgemeine Voraussetzungen Für den wirtschaftlichen Betrieb sollte das BHKW eine möglichst hohe Anzahl von Vollbetriebsstunden im Jahr erreichen. Im Verbund mit anderen Wärmeerzeugern ist das BHKW daher mit Vorrangschaltung zu betreiben. Gegebenenfalls sind Pufferspeicher zur Verringerung der Taktzeiten einzusetzen. Im Gegensatz zu Heizkesseln kann der heizungsseitige Volumenstrom von BHKWs nicht beliebig erhöht werden. Die Temperaturspreizung darf daher nicht unter 20 K fallen. Daraus ergibt sich bei einer Vorlauftemperatur von 90°C eine maximal zulässige Rücklauftemperatur von 70°C. Prinzipiell sollten niedrige Rücklauftemperaturen angestrebt werden, da hierdurch ein deutlich höherer Gesamtwirkungsgrad erzielt werden kann. Gleichzeitig werden die thermischen Verluste im Heizungssystem minimiert (8). Die Temperatur des Heizungswassers beim Eintritt in das BHKW darf daher nicht über dem vom Hersteller angegebenen Wert (ca. 70°C) liegen. 3.2. Dimensionierung Es existieren grundsätzlich zwei Möglichkeiten der Auslegung von BHKWs: 

Auslegung nach dem Strombedarf Auslegung nach dem Wärmebedarf Eine Auslegung nach dem elektrischen Energiebedarf ist nur in Einzelfällen sinnvoll. Nur wenn damit ein hoher, teurer Strombedarf abgedeckt werden kann und gleichzeitig die Wärme kontinuierlich genutzt werden kann, ist i.d.R. ein wirtschaftlicher Betrieb des BHKWs möglich. Durch die stark schwankende Bedarfsstruktur des Stromverbrauchs ergibt sich eine hohe Taktzahl des Motors, dies führt zu einem erhöhten Verschleiß. Weiterhin ist das Risiko, dass das BHKW in der ‐ 17 ‐ Stand: Januar 2011 Bedarfsperiode aus technischen Gründen oder mangelndem Wärmebedarf nicht am Netz ist, besonders hoch. Besteht zu dem Zeitpunkt, in dem das BHKW angefordert wird, kein Wärmebedarf, muss zur Abfuhr der Abwärme ein Notkühler installiert werden. Die so erzeugte elektrische Energie gilt jedoch nicht als KWK‐Strom und wird dementsprechend nicht mit dem KWK‐Bonus vergütet. Aus diesen Gründen wird in den meisten Fällen eine Auslegung des BHKWs auf den Wärmebedarf durchgeführt, um einen Teil des Nutzwärmebedarfs abzudecken und den dabei erzeugten Strom entweder im Objekt selbst (zu Teilen) zu verbrauchen oder in das Stromnetz einzuspeisen. Die Auslegungshinweise dieses Handbuchs beschränken sich auf diesen Anwendungsfall. 3.2.1. Berechnung des Nutzwärmebedarfs Zur optimalen Dimensionierung des BHKWs ist eine möglichst genaue Kenntnis des zeitlichen Verlaufs des Wärme‐ bzw. Strombedarfs über das Jahr notwendig. Je genauer die Verbrauchsdaten vorliegen, desto zuverlässiger kann die Dimensionierung des BHKWs und damit die Wirtschaftlichkeit der Investition abgeschätzt werden. Der Nutzwärmebedarf wird bei Bestandsanlagen in der Regel aus dem Brennstoffverbrauch der Bestands‐Kesselanlage berechnet. Um daraus ein Lastprofil abzuleiten, sind hier Angaben für die Monatsverbräuche notwendig. Die Energiemenge des Brennstoffs ist meist in kWh angegeben, bezogen auf den Brennwert (Ho). Der Nutzwärmeverbrauch ergibt sich, indem man zunächst den Brennstoffbedarf in kWh, bezogen auf den unteren Heizwert (Hu) umrechnet (Faktor Ho/Hu=ca. 1,1) und anschließend mit dem Kesselnutzungsgrad multipliziert. In den Kesselnutzungsgrad gehen der Kesselwirkungsgrad sowie die Abgas‐, Strahlungs‐ und Bereitschaftsverluste ein. Bei der Abschätzung des Kesselnutzungsgrads müssen weiterhin Überdimensionierungen der Kessel, die Höhe der Vorlauftemperatur sowie falsche Einstellungen bei der Steuerung und Regelung berücksichtigt werden. In diesem Fall sind Verluste, die in der Wärmeverteilungsanlage entstehen, nicht einzubeziehen, da diese für die Kessel‐ und die neue BHKW‐Anlage gleichermaßen gelten. Ein ausführliches Verfahren für die Bestimmung des Nutzungsgrades ist in der VDI 3808 beschrieben. Erfahrungsgemäß liegen die Kesselnutzungsgrade im Bereich von 75% (ältere Kessel) bis 90% bzw. 100% (neue Niedertemperatur‐ bzw. Brennwertkessel) (4). Wird dagegen die Wärmeabgabe z.B. durch einen hydraulischen Abgleich verbessert, muss auch dies für die Bedarfsermittlung des BHKWs berücksichtigt werden. Der gesamte Wärmebedarf eines Objekts setzt sich in der Regel zusammen aus einem Anteil für Raumwärme, welcher von den Witterungsverhältnissen abhängig ist und je einem Anteil für Warmwasserbereitung sowie ggf. Prozesswärme, welche näherungsweise unabhängig von der Außentemperatur sind (siehe Abbildung 11). Der außentemperaturunabhängige Verbrauchsanteil kann in der Regel aus dem Verbrauch in den Sommermonaten Juni, Juli und August abgeleitet werden, sofern die Anlage nicht durch Nutzungsunterbrechung vollständig abgeschaltet worden ist. Zu berücksichtigen ist hier jedoch, dass der Sommernutzungsgrad im Allgemeinen weitaus schlechter als der Jahresnutzungsgrad ist. ‐ 18 ‐ Stand: Januar 2011 Abbildung 11: Beispielhafter Jahresleistungsbedarf für Heizung, Warmwasser und Prozesswärme; Quelle: (9) Zur Berücksichtigung außentemperaturbedingter Einflüsse auf den Raumwärmebedarf ist eine Außentemperaturbereinigung des Energieverbrauchs durchzuführen. Diese kann nach dem in VDI 3807 dargestellten Gradtage‐Verfahren durchgeführt werden. Ein auf einen Tag bezogener Gradtag ist demnach die Differenz zwischen der mittleren Raumtemperatur von 20°C und dem Tagesmittel der Außentemperatur. Hierbei werden nur die Tage mit einer Tagesmitteltemperatur unter 15°C berücksichtigt. Für einen Auswertungszeitraum sind die Gradtage für die in Frage kommenden Tage aufzuaddieren (10). 20
,
Dabei ist G z tm Gradtag in K*d Zahl der Tage mit tm < 15°C im Auswertezeitraum Tagesmittel der Außentemperatur eines Heiztages (tm < 15°C) Die Summe über ein Kalenderjahr ergibt die Jahresgradtage Ga. Zur Außentemperaturbereinigung des Raumwärmebedarfs ist das langjährige Mittel der Jahresgradtage ins Verhältnis mit den Jahresgradtagen des Messzeitraums zu setzen und mit dem außentemperaturabhängigen Heizenergieverbrauch zu multiplizieren: ·
Dabei ist EVH EVgH Ga Gm bereinigter Heizenergieverbrauch in kWh/a außentemperaturabhängiger Heizenergieverbrauch in kWh/a Jahresgradtage des Verbrauchszeitraums in K*d/a langjähriges Mittel der Jahresgradtage in K*d/a Das langjährige Mittel der Jahresgradtage für den Standort Hamburg‐Fuhlsbüttel kann der Tabelle 1 entnommen werden. Die Angaben beruhen auf den Wetterdaten vom Deutschen Wetterdienst aus den Jahren 1970 bis 2009. Ebenso sind damit die Jahresgradtage der Station Hamburg‐Fuhlsbüttel für verschiedene Jahre in Tabelle 2 dargestellt. ‐ 19 ‐ Stand: Januar 2011 Tabelle 1: Langjähriges Mittel der Gradtage für die Wetterstation Hamburg‐Fuhlsbüttel; Quelle: (11) Monat
Januar 2009
Februar 2009
März 2009
April 2009
Mai 2009
Juni 2009
Juli 2009
August 2009
September 2009
Oktober 2009
November 2009
Dezember 2009
Jahr
langjähriges Mittel *
für Station Hamburg-Fuhlsbüttel
Gradtagszahl
AußenAußentemp.
an
G20/15
Heiztage
temperatur
Heiztagen
[Kd]
[d]
[°C]
[°C]
577
31
1,4
1,4
513
28
1,8
1,8
484
31
4,4
4,4
356
29
8,0
7,6
203
23
12,7
11,1
104
14
15,6
12,8
46
7
17,6
13,8
44
7
17,4
13,7
158
21
13,8
12,3
318
29
9,6
9,2
439
30
5,4
5,4
541
31
2,5
2,5
3783
282
9,2
6,6
Tabelle 2: Jahresgradtage für die Wetterstation Hamburg‐Fuhlsbüttel 2006 bis 2009; Quelle: (11) Jahr Jahresgradtage (K*d/a) 2006
2166
2007
1940
2008
2059
2009 2178 3.2.2. Dimensionierung des BHKWs Aus dem bereinigten Raumwärmebedarf kann nun mit der Anzahl der Heiztage eines Monats die benötigte Heizleistung für eine bestimmte Außentemperatur berechnet werden. Die außentemperaturunabhängige Leistung ergibt sich aus dem Quotient vom Jahreswärmeverbrauch für WWB und Prozesswärme sowie den jeweiligen Vollbenutzungsstunden. Trägt man nun die benötigte Leistung in Abhängigkeit der Außentemperatur des Monats auf, kann hiermit die sog. Lastkennlinie der Wärmeerzeugungsanlage dargestellt werden. Die Gesamtlastlinie ergibt sich dann aus der Stapelung mehrerer Lastkennlinien (siehe Abbildung 12). Mit dieser Lastkennlinie lässt sich nun die Jahresdauerlinie des Wärmeleistungsbedarfs berechnen, welche für die anschauliche Auslegung von BHKWs sehr hilfreich ist. ‐ 20 ‐ Stand: Januar 2011 Berechnung der Lastkennlinie
Wärmeleistungsbedarf [kW]
800
temperaturunabh. Leistung
temperaturabh. Leistung
Gesamtleistung
700
600
500
400
300
200
100
0
‐15,0
‐10,0
‐5,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
Aussentemperatur [°C]
Abbildung 12: Lastkennlinie des Wärmebedarfs in Abhängigkeit der Außentemperatur Dazu werden die normierten Außentemperaturdaten eines Testreferenzjahres (Mittel der langjährigen Wetterdaten eines Standortes) verwendet. Zur Berechnung der Jahresdauerlinie des Wärmeleistungsbedarfs wird die Häufigkeit der Außentemperatur als Anzahl Tage (oder Stunden) pro Jahr benötigt. Abbildung 13 zeigt beispielhaft die aufsummierten Häufigkeiten der Außentemperatur für die Station Hamburg‐Fuhlsbüttel. Der Abbildung kann zum Beispiel entnommen werden, dass an 140 Tagen die Außentemperatur der Station Hamburg‐Fuhlsbüttel unter 5°C lag. Angaben zu den Häufigkeiten der Außentemperatur verschiedener Stationen sind der DIN 4710 zu entnehmen (12). Abbildung 13: Jahresdauerlinie der Außentemperatur; Datenquelle: (12) ‐ 21 ‐ Stand: Januar 2011 Die Jahresdauerlinie des Wärmeleistungsbedarfs ergibt sich aus der Lastkennlinie und der Jahresdauerlinie der Außentemperatur. Sie stellt die Summenhäufigkeit des Leistungsbedarfs eines Gebäudes dar. Dazu werden die Leistungsdaten in Abhängigkeit der Außentemperatur nach ihrer Größe geordnet. Aus dem Diagramm kann abgelesen werden, für wie viele Stunden im Jahr der Leistungsbedarf einen bestimmten Wert überschreitet. Eine beispielhafte Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs ist in Abbildung 14 dargestellt. Abbildung 14: Geordnete Jahresdauerlinie des Wärmebedarfs Die Fläche unter der Kurve entspricht dabei dem Jahreswärmeverbrauch. Anhand dieses Diagramms lässt sich sehr gut die Laufzeit eines BHKWs abschätzen. Wird das BHKW beispielsweise auf ca. 32 % der Spitzenwärmelast (210 kWth) ausgelegt, ergibt sich hier eine Laufzeit von 6.400 Volllaststunden pro Jahr. Unter der Annahme von etwa 600 zusätzlichen Teillaststunden ergeben sich damit ca. 7.000 sogenannte Vollbenutzungsstunden. Der Anteil oberhalb der BHKW‐Lastkennlinie muss durch die Kesselanlage bereitgestellt werden. Durch das BHKW werden damit in diesem Fall etwa 63 % des Gesamtwärmebedarfs zur Verfügung gestellt. Grundsätzlich gelten für die üblichen Heizwärmebedarfskennlinien folgende Faustformeln aus der Praxis (13): 

25/75‐ Regel: mit 25% der Wärme‐Spitzenleistung werden 75% des Wärmebedarfs gedeckt. 15/50‐ Regel: mit 15% der Wärme‐Spitzenleistung werden 45‐50% des Wärmebedarfs gedeckt. Durch den Einsatz eines Pufferspeichers kann die Laufzeit eines BHKWs verlängert werden. Mit dem Speicher können zudem kurzzeitige Schwankungen im Wärmebedarf ausgeglichen werden, wie sie vor allem bei der Warmwasserbereitung auftreten können. Damit kann die Laufzeit des Motors verlängert, die Anzahl der Starts verringert und damit die Lebenszeit des Motors verlängert werden. ‐ 22 ‐ Stand: Januar 2011 Das Speichervolumen sollte pro Modul eine Volllastlaufzeit von einer Stunde ermöglichen oder nach der festgelegten Stromspitzenlast bemessen sein. Ein Pufferspeicher kann die Funktion einer hydraulischen Weiche übernehmen und die BHKW von der Wärmeerzeugungsanlage entkoppeln (4). Wird eine BHKW‐Anlage auf kleine Last (10‐20% der max. Wärmeleistung) ausgelegt, so kann oft auf einen Pufferspeicher verzichtet werden (8). Zur besseren Grundlastabdeckung kann es sinnvoll sein, die BHKW‐Leistung auf mehrere Module zu verteilen. Dadurch ergeben sich zwar höhere Investitionskosten, jedoch auch eine bessere Anpassung an den Wärmebedarf, wie auf Abbildung 15 exemplarisch dargestellt ist. Abbildung 15: Jahresdauerlinie des Wärmeleistungsbedarfs (Abdeckung durch 2 BHKWs) 3.3. Hydraulische Einbindungsmöglichkeiten Grundsätzlich unterscheidet man zwischen zwei Einbindungsarten, der Reihenschaltung (Rücklauftemperaturanhebung) sowie der Parallelschaltung von BHKW und Heizkessel. Folgende Kriterien spielen bei der Wahl der Einbindungsart eine wesentliche Rolle: 




Betriebstemperaturen (Vor‐ und Rücklauf) Art und Leistungsgröße der bestehenden Wärmeerzeuger Umlaufende Wassermengen bzw. Größe der Umwälzpumpen Baulicher und regelungstechnischer Zustand der Heizungsanlage Platzverhältnisse im Aufstellraum ‐ 23 ‐ Stand: Januar 2011 3.3.1. Rücklauftemperaturanhebung VL‐Sammler
Wärme‐
verbraucher Kessel Hydraulische Weiche Puffer‐
speicher
RL‐Sammler
BHKW
Interne Regelung
Abbildung 16: Blockschaltbild Variante 1 (Rücklaufanhebung mit/ohne Pufferspeicher) Diese Schaltungsvariante stellt die einfachste Möglichkeit dar, ein BHKW mit einem Kessel zu verschalten. Das BHKW entnimmt dabei dem Hauptrücklauf einen Teilstrom und hebt dessen Temperatur an. Bei Bedarf heizt der Kessel nach, bis die von der Kesselsteuerung geforderte Soll‐
Vorlauftemperatur erreicht ist. Unter Umständen ist zur Begrenzung von BHKW‐Taktzeiten der Einsatz eines Pufferspeichers sinnvoll. In jedem Fall empfiehlt sich jedoch eine hydraulische Weiche zur Entkopplung von Verbraucher‐ und Erzeugerkreis. Bei einigen BHKW‐Modulen ist die Vorlauftemperatur nach oben begrenzt. In dem Fall ist diese Verschaltungsvariante geeignet, da die BHKW‐Vorlauftemperatur unabhängig von der geforderten Vorlauftemperatur ist. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der Einbindung des BHKWs in die bestehende Kesselanlage. Das BHKW kann ohne die Einbindung in ein übergeordnetes Leitsystem in die Anlage integriert werden. Das BHKW wird über seine interne Regelung betrieben und hebt die Rücklauftemperatur an bzw. belädt den Pufferspeicher, bis eine definierte Grenztemperatur im BHKW‐Rücklauf überschritten wird. Unabhängig davon erhöht der Heizkessel die Vorlauftemperatur auf den geforderten Wert. Unter Umständen lässt die vorhandene Kesselanlage jedoch eine Rücklauftemperaturanhebung durch ein BHKW nicht zu. Dies ist beispielsweise bei Brennwertgeräten der Fall, welche eine möglichst geringe Rücklauftemperatur benötigen. In diesem Fall sind die Wärmeerzeuger gemäß Variante 2 zu verschalten. Die wichtigsten Punkte bei der Rücklaufanhebung sind im Folgenden zusammengefasst: 

Einfache hydraulische Einbindung Einfache regelungstechnische Einbindung (BHKW‐Regelung unabhängig von der Anlagensteuerung) ‐ 24 ‐ Stand: Januar 2011 

Der Einsatz von BHKW‐Modulen, welche nicht die Soll‐Vorlauftemperatur erreichen ist möglich (Nachheizen über Kessel) Kesselanlage muss für Rücklaufanhebung geeignet sein (keine Brennwert‐ oder Niedertemperaturkessel) 3.3.2. Parallele Einbindung Hydraulische Weiche oder Pufferspeicher VL‐Sammler °C
BHKW Kessel Puffer‐
Speicher Wärme‐
verbraucher °C
°C
RL‐Sammler Zentrale Leittechnik
Abbildung 17: Blockschaltbild Variante 2 (Parallele Einbindung mit/ohne Pufferspeicher) In dieser Variante werden die Wärmeerzeuger parallel verschaltet. Die Wärmeerzeuger werden durch ein übergeordnetes Leitsystem entsprechend dem aktuellen Wärmebedarf an‐ und abgewählt. Bei geringem Wärmebedarf wird zunächst der Pufferspeicher entladen, bis der Beladezustand des Speichers einen definierten Wert unterschreitet. Nun wird das BHKW durch das Leitsystem angefordert. Ist die vom BHKW bereitgestellte Wärmemenge nicht ausreichend, wird zusätzlich der Heizkessel hinzu geschaltet. Sinkt die Wärmeabnahme anschließend, werden die Erzeuger dementsprechend wieder abgewählt, d.h. zunächst wird der Kessel abgeschaltet. Das BHKW bleibt jedoch noch weiter zur Beladung des Speichers in Betrieb. Erreicht dieser seinen maximalen Beladezustand, wird auch das BHKW wieder abgewählt. Der Pufferspeicher wird demnach nur durch das BHKW beladen. Der Pufferspeicher übernimmt gleichermaßen die Funktion einer hydraulischen Weiche. Wird kein Pufferspeicher eingesetzt, ist daher eine hydraulische Weiche vorzusehen. Die Paralleleinbindung des BHKWs wird üblicherweise dann gewählt, wenn die vorhandene Kesselanlage eine Rücklauftemperaturanhebung nicht zulässt. Dies ist beispielsweise bei Brennwertkesseln der Fall. ‐ 25 ‐ Stand: Januar 2011 Der Rücklauf des BHKWs wird dabei in der Regel auf der Sekundärseite (Verbraucherseite) eingebunden. Für den störungsfreien Betrieb des BHKW ist eine konstante, möglichst geringe Rücklauftemperatur notwendig. Das eingesetzte BHKW‐Modul muss im Gegensatz zu Variante 1 die geforderte Netz‐
Vorlauftemperatur gemäß den Herstellerangaben erreichen können. Bei dieser Variante ist zusammenfassend folgendes zu beachten: 


Einbindung des BHKWs in ein übergeordnetes Leitsystem notwendig Das BHKW‐Modul muss die geforderte Netz‐Vorlauftemperatur erreichen können (Herstellerangaben) Einbindung des BHKWs auf der Verbraucherseite (kälteste Rücklauftemperatur) 3.4. Elektrische Einbindung Bis zu einer elektrischen Leistung von ca. 100 kWel findet die elektrische Netzanbindung direkt auf das vorhandene Niederspannungsnetz statt. Darüber hinaus werden die BHKWs über einen Transformator an das Mittelspannungsnetz angeschlossen. Beim üblichen Anwendungsfall „Netzparallelbetrieb“ sind dabei die Technischen Anschlussbedingungen (TAB) des Stromversorgers sowie die BDEW‐Richtlinie „Parallelbetrieb mit dem Niederspannungsnetz“ zu beachten. Grundsätzlich ist jeder Netzbetreiber verpflichtet, den Strom eines BHKWs in sein Netz einspeisen zu lassen. In der Regel werden BHKWs im kleinen Leistungsbereich im Verbund mit dem Niederspannungsnetz betrieben. Beim Anschluss an das Niederspannungsnetz des Verteilnetzbetreibers (VNB) sind folgende Richtlinien einzuhalten: 



Richtlinie für Anschluss und Parallelbetrieb von Eigenerzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz des VDEW Niederspannungsanschlussversorgung NAV (Verordnung über Allgemeine Bedingungen für den Netzanschluss und dessen Nutzung) Technische Anschlussbedingungen TAB des jeweiligen Verteilnetzbetreibers (VNB) Geltende VDE‐Bestimmungen BHKWs mit einer elektrischen Leistung von weniger als 4,7 kWel dürfen laut VDEW‐Richtlinie einphasig an das Stromnetz angeschlossen werden. Bei größeren Anlagen ist eine dreiphasige Anbindung notwendig. Die Anschlussanlage des BHKWs muss fest an einem Stromkreisverteiler angeschlossen sein. Weitere Verbraucher dürfen an diesen Anschlussklemmen nicht abgezweigt werden (8). Im mittleren bis oberen Leistungsbereich muss das BHKW i.d.R. auf das Mittelspannungsnetz angebunden werden. Dabei entstehen meist erhöhte Anschlussgebühren, da meist ein Transformator durch den VNB aufgestellt werden muss. Dem entgegen stehen jedoch oftmals geringere Strombezugskosten über das Mittelspannungsnetz und ggf. ein geringerer Aufwand beim Verlegen der Anschlusskabel. ‐ 26 ‐ Stand: Januar 2011 Grundsäätzlich ist eine frühzeitigge Abstimm
mung mit de
em Verteilneetzbetreiber notwendig, wie die Anbindu
ung des BHKW
Ws durchgefführt werden
n soll. Man untterscheidet b
bei der Einbindung von BHKWs zwisschen drei Vaarianten, wie in Abbildung 18‐20 schemattisch dargesttellt: 


Volleinspeisu
V
ung Eigennutzun
ng mit Rückeinspeisung u
und mit Restb
bezug Eigennutzun
ng ohne Rückkeinspeisungg und mit Resstbezug Abbildu
ung 18: Volleinsspeisung Abbildungg 19: Eigennutzu
ung mit Rückeiinspeisung und
d Restbezug ‐ 27 ‐ Stand: Januar 2
2011 Abbildung 20
0: Eigennutzungg ohne Rückein
nspeisung und m
mit Restbezug Die notw
wendigen Komponenten sind von derr Art und We
eise der elekktrischen Einb
bindung abh
hängig, so dass hier vorab eine Festlegung ggetroffen weerden muss. 3.4.1
1. Volleinsp
peisung Bei Vollleinspeisung wird der gesamte errzeugte Stro
om in das Netz N
des V
VNB eingespeist. Die Strommeengen, welcche aus dem
m Netz bezoggen werden
n bzw. eingeespeist werden, sind unabhängig voneinan
nder zu messen. Hierfür werden meistens elektriische Liefer‐ und Bezugszzähler eingessetzt. Die Volleeinspeisung ist in der Regel nur em
mpfehlenswert, wenn diee Einspeisevergütungen des VNB überdurchschnittlich
h hoch sind (8). 3.4.2
2. Eigennuttzung mit Rü
ückeinspeisung und Restb
bezug Bei dieser Variante wird das BH
HKW direkt auf den Stro
omkreisverteeiler eingebunden. Der erzeugte elektriscche Strom wiird somit von
n den angescchlossenen SStromverbrau
uchern direkkt genutzt. Liegt der Stromverbrauch höherr als der vom
m BHKW bere
eitgestellte SStrom, wird zusätzlich be
enötigter a dem Nettz des VNB bezogen. Es E können so
ogenannte Vierquadran
V
ten‐Messwaandzähler Strom aus eingesettzt werden, welche den
n Strom in beide b
Richtu
ungen (Bezugg und Rückeeinspeisung)) messen können. 3.4.3
3. Eigennuttzung ohne R
Rückeinspeissung und mitt Restbezug
Der Anschluss des BHKWs B
erfollgt hier ähnllich wie bei der Eigennu
utzung mit R
Rückeinspeissung. Der h vorgeseheen, eine Ein
nspeisung erzeugtee Strom ist jedoch aussschließlich für den Eiggenverbrauch
überschü
üssigen Stro
oms in das Netz N
des VNB
B erfolgt niccht. Wenn der Eigenbed
darf durch daas BHKW nicht ged
deckt werdeen kann, wird
d Strom aus d
dem Netz de
es VNB bezoggen. Hierfür wird ein Stro
omzähler mit Rückklaufsperre eeingesetzt. ‐ 28 ‐ 2011 Stand: Januar 2
Sollte nicht der gesamte Strom selbst verbraucht werden, wird dieser in das Netz eingespeist, wird jedoch nicht gezählt und es erfolgt keine Vergütung. Diese Art der Einbindung kann bei hohen elektrischen Grundlasten im Gebäude und wenn dadurch fast der gesamte BHKW‐Strom über die gesamte Laufzeit des BHKWs selbst verbraucht wird, lohnenswert sein. Dadurch lassen sich die Kosten des Rückeinspeisezählers sparen. Eine Besonderheit stellen BHKWs mit Null‐Rückeinspeisung dar. Über die Regelung kann der Zeitpunkt auftretender elektrischer Spitzenbedarfszeiten festgelegt werden. Die Regelung betreibt das BHKW dann bevorzugt zu diesen Zeiten, um den eigenerzeugten Strom selbst zu verbrauchen. Die Null‐Rückeinspeisung kann auch so betrieben werden, dass das BHKW in Teillast betrieben wird, sobald die erzeugte Strommenge den Eigenbedarf übersteigt. 3.4.4. Netzersatzbetrieb BHKWs können außerdem im Netzersatzbetrieb (Inselbetrieb) eingesetzt werden. Sie werden dann hinzugeschaltet, wenn das Versorgungsnetz nicht zur Verfügung steht, die Stromversorgung jedoch unter allen Umständen aufrecht erhalten werden muss. Für diese Betriebsweise gelten jedoch spezielle Anforderungen, welche zu beachten sind. Diese sind jedoch nicht Gegenstand dieses Handbuchs. 3.4.5. Erzeugungsmanagement (ErzMan) Durch die VNB wird i.d.R. über die Trafoeinbindung ein System zur Funkrundsteuerung vorgehalten, welches es erlaubt, Signale zur stufenweisen Reduzierung der Einspeiseleistung von Eigenerzeugungsanlagen zu übergeben. Damit wird einer Überlastung des Verteilnetzes durch eine hohe Einspeiseleistung vorgebeugt. Die Einbindung einer Eigenerzeugungsanlage in das Erzeugungsmanagement erfolgt auf Grundlage des Erneuerbare‐Energien‐Gesetzes (EEG) in der jeweils gültigen Fassung, welches die Verpflichtung des Netzbetreibers zum vorrangigen Anschluss von EEG‐Eigenerzeugungsanlagen im Falle einer zeitweisen vollständigen Überlastung des betreffenden Netzbereiches nur dann bestehen lässt, wenn diese mit einer Einrichtung zur Reduzierung der Einspeiseleistung bei Netzüberlastung ausgestattet sind. 3.5. Erdgasanschluss Bei der Herstellung des Erdgasanschlusses sind die allgemein anerkannten Technischen Regeln (TRGI) einzuhalten. Weiterhin ist den speziellen Anforderungen der Hersteller, z.B. bzgl. Sicherheitseinrichtungen für die unterschiedlichen Systeme Sorge zu tragen. Beim Anschluss an das Erdgasnetz sind die Herstellerangaben bezüglich dem minimal notwendigen Übergabedruck zu beachten. Nur im kleinen Leistungsbereich ist in der Regel ein Anschluss an das Niederdruck‐Gasnetz (Übergabedruck ca. 22 mbar) möglich. Bei größeren Modulen ist meist ein Übergabedruck von 50 bis 100 mbar gefordert. In diesem Fall ist i.d.R. ein Anschluss an das Mitteldrucknetz notwendig, sofern dieses im Anschlussbereich vorhanden ist. Der zuständige Gasnetzbetreiber erteilt Auskunft, inwieweit der Anschluss des Moduls an das Gasnetz möglich ist. Zur Regelung des Gasvordrucks wird meist ein Gasdruckregler eingesetzt. ‐ 29 ‐ Stand: Januar 2011 3.6. Abgassystem Die Abgasleitung des BHKWs wird üblicherweise als Überdrucksystem ausgeführt. Bei der Auslegung des Abgassystems ist der max. Abgasgegendruck gemäß BHKW‐Hersteller zu beachten. Verwendet werden geschweißte Abgasanlagen oder überdruckfeste Steckrohrsysteme mit Bauartzulassung. Der zuständige Bezirksschornsteinfeger sollte möglichst frühzeitig in die Planung mit einbezogen werden, um ggf. später auftauchende Probleme bei der Abnahme zu vermeiden. Folgende Hinweise sind bei der Ausführung der Abgasleitung zu beachten: 





Vorschriften: Bei der Ausführung der Abgasleitungen sind im Allgemeinen die Vorschriften der Landesbauordnungen (LBO) und der landesspezifischen Feuerungsverordnungen (FeuVO) sowie die spezifischen Herstellerangaben zu beachten. Durch den maximal zulässigen Druckverlust in der Abgasleitung ist die Länge meist begrenzt. Hierzu sind ebenfalls die Herstellerangaben zu beachten bzw. eine Druckberechnung nach DIN 4705 durchzuführen. Kondensat: Während des BHKW‐Betriebs fällt Kondensat im Abgassystem an. Das Rohrsystem ist dementsprechend mit Steigung zu verlegen, so dass das Kondensat kontinuierlich abgeführt werden kann. Bei der Ausführung ist durch Stauschleifen o.ä. Einrichtungen zu verhindern, dass das Abgas durch die Kondensatleitungen gedrückt wird. Schallschutz: Die Abgasanlage ist grundsätzlich schallentkoppelt auszuführen. Schornstein: Die Abgasleitung muss in einem belüfteten Schacht oder Kanal geführt werden, wenn ein anderer Brandschutzabschnitt im Gebäude durchfahren wird. Als Schacht können auch nicht belegte Schornsteine, Abluftschornsteine oder ähnliches verwendet werden. Abhängig von der Abgastemperatur ist unter Umständen eine Schornsteinsanierung notwendig. Alternativ kann die Abgasleitung auch außerhalb des Gebäudes geführt werden (8). Druckprüfung: Bei BHKW‐Modulen ist nach aktuellem Stand der Technik grundsätzlich eine Eignung für die Druckklasse H1 (Prüfdruck 5.000 Pa, zulässige Leckrate <0,006 l/s m²) empfohlen. Die Angabe der Druckklasse erfolgt durch den Hersteller der BHKW‐Abgasstrecke im Rahmen seiner Konformitätsbescheinigung. Weiterhin sollte die Dichtheitsprüfung in wiederkehrenden Abständen (2‐5 Jahre) wiederholt werden. Anlagen nach BImSchG: Bei mit Erdgas betriebenen BHKWs mit einer Feuerungsleistung von mehr als 1 MW ist zusätzlich ein Genehmigungsverfahren nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz (BImSchG) notwendig. 3.7. Zu‐ und Abluft BHKW‐Motoren im unteren Leistungsbereich können in der Regel raumluftabhängig ohne erzwungene Belüftung betrieben werden. Wie bei Kesselanlagen sind dabei die entsprechenden Vorschriften der landesspezifischen Feuerungsverordnung (FeuVO) zu beachten, welche einen Mindestquerschnitt der Zuluftöffnung, abhängig von der Feuerungsleistung fordert. Im mittleren und oberen Leistungsbereich ist meist ein Zu‐ und Abluftsystem mit Lüftern zur Verbrennungsluftversorgung und Luftkühlung des Motors vorzusehen. ‐ 30 ‐ Stand: Januar 2011 Hierzu ist zum Einen ein raumluftabhängiger Betrieb gemäß Abbildung 21 möglich. Diese Variante wird i.d.R. gewählt, wenn die Kesselanlage in einem Nebenraum aufgestellt ist, so dass der Brennerbetrieb für den Heizkessel nicht durch schwankende Druckverhältnisse gestört wird. Befindet sich der Spitzenlastkessel im Aufstellraum des BHKWs, ist in der Regel raumluftunabhängiger Lüftungsbetrieb notwendig. Dabei werden die Zu‐ und Abluftleitungen direkt an die Schalldämmhaube des BHKWs angeschlossen. Die Lüftungsöffnungen sind i.d.R. mit Schalldämpfern zu versehen, um die Geräuschentwicklung des BHKWs über Luftschallverbreitung zu begrenzen. Die Anforderungen an die Luftschalldämpfer sind gemäß den Umgebungsbedingungen abzustimmen (Wohngebiet etc.). Schalldämpfer Zu‐/Ablüfter
Abbildung 21: Raumluftabhängige Belüftung; Quelle: E.ON Hanse Wärme GmbH ‐ 31 ‐ Stand: Januar 2011 Abbildung 22: Raumluftunabhängige Belüftung; Quelle: E.ON Hanse Wärme GmbH ‐ 32 ‐ Stand: Januar 2011 4. Förderung von KWK Zur Erhöhung des Anteils der KWK an der Stromerzeugung in Deutschland wurden in den vergangenen Jahren verschiedene Förderinstrumente ins Leben gerufen. Diese reichen von Gesetzen, welche eine Implementierung von KWK organisatorisch vereinfachen sollen (z.B. Energiewirtschaftsgesetz), über Gesetze, welche über einen gewissen Zeitraum eine erhöhte Vergütung für den eingespeisten Strom garantieren (KWKG, EEG) bis zu speziellen Förderprogrammen, welche Investitionszuschüsse für KWK‐Anlagen bereitstellen. Daneben existieren verschiedene Richtlinien und Verordnungen (z.B. EnEV, TA Luft etc.), welche die Implementierung der KWK‐Technik auf dem deutschen Strommarkt regeln. Diese Vielzahl von Gesetzen, Bestimmungen und Regelungen macht es für den Anwender meist sehr schwierig, den Überblick zu behalten, zumal die gesetzlichen Rahmenbedingungen naturgemäß einem ständigen Wandel unterliegen. Die folgende Aufzählung kann demnach nur eine Momentaufnahme darstellen und soll dem Anwender eine Zusammenfassung über die wichtigsten Gesetze und Bestimmungen in Bezug auf die Kraft‐Wärme‐Kopplung bieten. In Abbildung 23 sind die wichtigsten Instrumente dargestellt. Diese Auflistung der Förderinstrumente orientiert sich am Stand Juni 2010 und ist gegebenenfalls zu prüfen. Abbildung 23: Überblick der Förderinstrumente von KWK‐Anlagen ‐ 33 ‐ Stand: Januar 2011 4.1. Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) Die Einführung des Energiewirtschaftsgesetzes im Jahr 1998 stand für den Beginn der Liberalisierung der Strommärkte. Ziel war es, die Gebietsmonopole der Stromanbieter aufzubrechen und eine freie Wahl des Stromanbieters sowie die Netzeinspeisung aus kleinen und mittelgroßen KWK‐Anlagen zu erleichtern. Folge der Gesetzeseinführung war zunächst ein starker Rückgang der Strompreise. Diese Tatsache stellte sich eher als Hemmnis für die Wirtschaftlichkeit von BHKWs heraus. Erst in den vergangenen Jahren war wieder ein starker Anstieg der Strompreise zu verzeichnen. Damit verbesserten sich auch die Voraussetzungen für den wirtschaftlichen Betrieb von BHKWs. 2005 fand eine Reform des EnWG statt, welches zum Ziel hatte, die Netzgebühren für den Fall der Stromdurchleitung durch eine Regulierungsbehörde kontrollieren zu lassen und damit auch die Konkurrenzfähigkeit von KWK‐Strom zu verbessern. 4.2. Energiesteuergesetz (EnergieStG) und Stromsteuergesetz (StromStG) Nach dem Energiesteuergesetz (§53) erhält der Betreiber einer KWK‐Anlage auf Antrag die Energiesteuer zurückerstattet. Die Energiesteuer ist Bestandteil des Erdgas‐, Heizöl‐ oder Flüssiggaspreises. Voraussetzung für die Rückerstattung der Energiesteuer in KWK‐Anlagen ist ein Gesamtnutzungsgrad von mindestens 70 Prozent. Eine Übersicht der Rückerstattungen der eingesetzten Brennstoffe gibt Tabelle 3. Tabelle 3 Energiesteuerbefreiung verschiedener Brennstoffe, Quelle: (14) Brennstoff Erstattung Erdgas Flüssiggas leichtes Heizöl sonstige Heizöle 0,55 Cent/kWh
6,06 Cent/kg
6,135 Cent/Liter
2,5 Cent/kg
Durch das Stromsteuergesetz ist der Betreiber eines BHKWs mit einer elektrischen Nennleistung von jeweils bis zu 2.000 kWel von der Stromsteuer auf den selbst verbrauchten KWK‐Strom befreit. Der Regelsatz für die Stromsteuer liegt seit 2003 bei 2,05 Cent/kWh. 4.3. Kraft‐Wärme‐Kopplungs‐Gesetz (KWKG) Das ursprünglich am 01.04.2002 in Kraft getretene Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft‐Wärme‐Kopplung (KWKG) wurde zuletzt zum 01.01.2009 novelliert. Zweck des Gesetzes ist es, einen Beitrag zur Erhöhung der Stromerzeugung aus Kraft‐Wärme‐
Kopplung in der Bundesrepublik Deutschland auf 25 Prozent zu leisten. Dies soll durch den befristeten Schutz, die Förderung der Modernisierung und des Neubaus von Kraft‐Wärme‐
Kopplungsanlagen erfolgen (15). ‐ 34 ‐ Stand: Januar 2011 Für den abgenommenen KWK‐Strom erhält der Einspeiser i.d.R. folgenden Betrag vom Netzbetreiber: Vergütung = vereinbarter Strompreis + KWK‐Zuschlag + vermiedene Netznutzungsentgelte Als üblicher Strompreis für KWK‐Anlagen gilt der durchschnittliche Preis für Grundlaststrom an der Strombörse Leipzig (EEX) im jeweils vorangegangenen Quartal. Die Betreiber von KWK‐Anlagen erhalten nach dem KWKG Zusatzzahlungen für den in Kraft‐Wärme‐
Kopplung erzeugten Strom. Die Zusatzzahlungen werden zwischen den Energieversorgern ausgeglichen und auf den Endverbraucher umgelegt. Seit der Novellierung des KWK‐Gesetzes wird dieser Bonus sowohl für den eingespeisten als auch für den selbst verbrauchten Strom gezahlt. Damit haben sich die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen gerade für kleine KWK‐Anlagen deutlich verbessert (4). Eine weitere Erneuerung betrifft die Förderung von neuen und modernisierten hocheffizienten KWK‐
Anlagen. KWK‐Anlagen, die ab dem 1.1.2009 in Dauerbetrieb genommen und gefördert werden, müssen entsprechend einer EU‐Richtlinie (2004/8/EG) hocheffizient sein, d.h. im Vergleich zu einer getrennten Erzeugung von Strom und Wärme muss durch die KWK‐Anlage eine Primärenergieeinsparung von mehr als 10 % erbracht werden. Die Höhe der Primäreinsparung ist anhand folgender Formel zu berechnen (Definition der Formelzeichen siehe Kapitel 8.2): 1
1
,
,
100% ,
,
Mit der Novellierung des KWK‐Gesetzes werden auch hocheffiziente Anlagen über 2 MWel gefördert. Die Höhe und Dauer der Zuschlagszahlung für neue und modernisierte KWK‐Anlagen, die ab dem 1.1.2009 in Dauerbetrieb gehen, ist von der elektrischen Leistung abhängig. Zur Glättung der Förderstufen wird für Anlagen über 50 kWel für den Leistungsanteil bis 50 kWel der höhere Förderzuschlag von 5,11 Cent/kWh, für den Leistungsanteil über 50 kWel der verringerte Zuschlag von 2,1 Cent/kWh gezahlt. Für Anlagen mit einer Leistung größer als 2 MW gilt dies entsprechend (siehe Tabelle 4). Die Dauer der Zahlung wird bei Anlagen über 50 kWel auch durch die Vollbenutzungsstunden begrenzt. Zusätzlich gilt für hocheffiziente Neuanlagen > 2 MWel bei Wärmelieferung an ein verarbeitendes Gewerbe ist die Dauer der Zahlung auf 4 Jahre oder 30.000 Stunden beschränkt. ‐ 35 ‐ Stand: Januar 2011 Tabelle 4: Höhe und Zahlungsdauer des KWK‐Zuschlags in Cent/kWh von hocheffizienten KWK‐Anlagen Elektrische Leistung Zuschlag Cent/kWh bis 50 kWel über 50 kWel bis 2 MWel ‐für den Leistungsanteil bis 50 kWel ‐für den Leistungsanteil über 50 kWel über 2 MWel ‐für den Leistungsanteil bis 50 kWel ‐für den Leistungsanteil über 50 kWel bis 2 MWel ‐für den Leistungsanteil über 2 MWel ‐Industrie (produzierendes Gewerbe) Maximale Förderzeitraum Jahre Vollbenutzungsstunden
5,11
10
5,11
2,10
6
6
5,11
2,10
1,50
1,50
6
6
6
4
‐ 30.000 30.000 30.000 30.000 30.000 30.000 Schließlich zahlt der Netzbetreiber dem Anlagenbetreiber ein vermiedenes Netznutzungsentgelt. Dieses entsteht, da durch die dezentrale Einspeisung des BHKWs in das öffentliche Netz (bei kleinen Anlagen in die Niederspannungsebene) Entgelte für die vorgelagerten Spannungsebenen vermieden werden. Der Zuschlag für die vermiedenen Netznutzungsentgelte ist durch den Gesetzgeber nicht geregelt und ist „nach den maßgeblichen Rechtsvorschriften, ansonsten nach den anerkannten Regeln der Technik“ (15) zu berechnen. In der Praxis führt dies dazu, dass dem KWK‐Betreiber 0,15 bis 0,55 Cent/ kWh angeboten werden (4). Eine Anlage fällt nicht in den Anwendungsbereich des KWKG, wenn bereits eine Vergütung nach dem Erneuerbare‐Energien‐Gesetz (EEG, siehe Kapitel 4.4) stattfindet. Dies trifft zu, wenn beispielsweise Biogas als Brennstoff in einer KWK‐Anlage genutzt wird. Eine Förderung von KWK‐Anlagen ist nicht vorgesehen, wenn durch die Anlage bereits vorhandene KWK‐Technik (auch Fernwärmeanlagen) ersetzt wird. 4.4. Erneuerbare‐Energien‐Gesetz (EEG) Das 2000 in Kraft getretene und am 01.01.2009 zuletzt novellierte Erneuerbare‐Energien‐Gesetz verfolgt das Ziel, den Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung bis zum Jahr 2020 auf mindestens 30 % und danach weiter zu erhöhen. Dazu wird über einen bestimmten Zeitraum ein fester Vergütungssatz für den erzeugten Strom gewährt, der von der Erzeugungsart abhängig ist. Wie bei der Vergütung nach dem KWKG wird dieser Zuschlag über den Netzbetreiber an den Stromverbraucher umgelegt. Neben der Grundvergütung sieht das EEG einen Technologie‐Bonus sowie einen KWK‐Zuschlag vor, wenn die bei der Stromerzeugung anfallende Wärme genutzt wird. Werden spezielle nachwachsende Rohstoffe genutzt, wird ein sog. NawaRo‐Bonus gezahlt. Der NawaRo‐Bonus ist von der Art der eingesetzten Biomasse abhängig, so erhält man Aufschläge für Landschaftspflegematerial oder Gülle für NawaRo‐Strom aus Biogas. Die Grundvergütungssätze für die Stromerzeugung aus Biomasse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Die Vergütungssätze unterliegen einer jährlichen Degression von einem Prozent. ‐ 36 ‐ Stand: Januar 2011 Tabelle 5: Grundvergütungssätze in Cent/kWh für die Stromerzeugung aus Biomasse nach dem EEG (Stand 2010); Quelle: (16) Anlagengröße Grundvergütung Technologie‐Bonus KWK‐Bonus Bonus‐Gasaufbereitung auf Erdgasqualität ‐Aufbereitung bis max.350m³/h ‐Aufbereitung bis max.700m³/h NawaRo‐Bonus: Biomasse, fest NawaRo‐Bonus: Biomasse, flüssig NawaRo‐Bonus: Biogas +Zuschlag‐Gülle (min. 30%) +Zuschlag‐Pfl. aus Landschaftspflege TA Luft bis 150 kW bis 500 kW bis 5 MW bis 20 MW 11,55
1,98
9,09
1,98
8,17 1,98 7,71
‐ 2,97
1,98
0,99
5,94
5,94
6,93
3,96
1,98
0,99
1,98
0,99
5,94
‐
6,93
0,99
1,98
0,99
1,98 0,99 3,96 ‐
3,96 ‐
‐
‐
‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ Zunehmend entstehen in Deutschland Anlagen zur Erzeugung und Aufbereitung von Biogas auf Erdgasqualität zur Einspeisung in die Erdgasnetze. Dadurch wird ein zusätzlicher Bonus gewährt. Weiterhin ist es theoretisch möglich, vom Erzeugungsort entfernte KWK‐Anlagen „virtuell“ über spezielle Biogas‐Tarife mit Biogas zu betreiben. Damit fällt die Anlage unter die Wirkungsweise des EEG und der erzeugte Strom wird entsprechend mit dem hohen Vergütungssatz abgenommen. 4.5. Erneuerbare‐Energien‐Wärmegesetz (EEWärmeG) Das Erneuerbare‐Energien‐Wärmegesetz (EEWärmeG) schreibt Eigentümern von Neubauten zusätzlich vor, dass ab dem 01.01.2009 für die Deckung des Energiebedarfs Erneuerbare Energien einzusetzen sind. Es können alle Formen von Erneuerbaren Energien genutzt werden, auch in Kombination. Als Erneuerbare Energie im Sinne des Gesetzes zählen solare Strahlungsenergie, Geothermie, Umweltwärme und Biomasse. Statt des Einsatzes von Erneuerbaren Energien, kann eine Ersatzmaßnahme ergriffen werden. Dazu gehören die Steigerung der Energieeffizienz des Gebäudes (Dämmung), Ausnutzung technischer Abwärme, Anschluss an ein Fernwärmenetz oder die Ausnutzung von Wärme aus Kraft‐Wärme‐
Kopplungs‐Anlagen. Hier ist ein Mindestanteil von 50 Prozent vorgesehen. 4.6. Förderprogramme KWK‐Impulsprogramm (BAFA) Seit dem 01.01.2009 wird durch das Impulsprogramm für Mini‐KWK‐Anlagen der Absatz dieser Anlagen im Leistungsbereich bis 50 kWel im Wärmemarkt durch Investitionsanreize gestärkt. Mit der Förderung sollen zusätzliche Anreize für die Marktentwicklung und zur Erschließung der KWK‐
‐ 37 ‐ Stand: Januar 2011 Potenziale im Bereich kleinerer Objektversorgungen gegeben werden. Förderfähig sind KWK‐
Anlagen, welche folgende Kriterien erfüllen: 





Leistungsbereich bis maximal 50 kWel Vollwartungsvertrag vom Hersteller Kein Einsatz in Gebieten mit Fernwärmeversorgung überwiegend aus KWK‐Anlagen Integrierter Stromzähler Einhaltung der Anforderungen der TA Luft Übertreffen der Anforderungen der EU‐Richtlinie für Kleinstanlagen (Primärenergieeinsparung mindestens 10 %; Gesamtjahresnutzungsgrad mindestens 80 %) Der Förderbetrag ist das Produkt des leistungsabhängigen Anteils und dem Faktor für Vollbenutzungsstunden: ö
ä
Der Leistungsanteil setzt sich zusammen aus Basisförderung und Bonusförderung. Die Basisfördersätze je installierter kWel sind für die jeweiligen Leistungsbereiche unten stehender Tabelle zu entnehmen. Tabelle 6: Basisförderung nach dem KWK‐Impulsförderprogramm Elektr. Leistung Basisförderung kumuliert über die Leistungsstufen
0 bis 4 kW 4 bis 6 kW 6 bis 12 kW 12 bis 25 kW 25 bis 50 kW 1.550 €/kWel
775 €/kWel
250 €/kWel
125 €/kWel
50 €/kWel
Eine zusätzliche Bonusförderung wird gewährt, wenn die Emissionen der Anlage maximal 50 % der zulässigen Grenzwerte (TA Luft) für NOX und CO betragen. Tabelle 7: Bonusförderung nach dem KWK‐Impulsförderprogramm Elektr. Leistung Bonusförderung kumuliert über die Leistungsstufen
0 bis 12 kW 12 bis 50 kW 100 €/kWel
50 €/kWel
Der Faktor f(Vbh) berechnet sich aus der Anzahl der Vollbenutzungsstunden dividiert durch 5.000 Stunden, d.h. die volle Fördersumme wird nur gezahlt, wenn die Anlage mindestens 5.000 Vollbenutzungsstunden im Jahr betrieben wird. Bei mehr als 5.000 Stunden beträgt der Faktor eins. Kürzungen und teilweise Sperrungen der Haushaltsmittel des Bundesumweltministeriums (BMU) haben dazu geführt, dass im Jahr 2010 keine weiteren Mittel für das KWK‐Impulsprogramm zur Verfügung stehen. ‐ 38 ‐ Stand: Januar 2011 Unternehmen für Ressourcenschutz (nur Hamburg!) Die Freie und Hansestadt Hamburg fördert über das Programm „Unternehmen für Ressourcenschutz“ Projekte zum Klima‐ und Ressourcenschutz und zur Emissionsminderung. Die Zuwendung erfolgt als Investitionskostenzuschuss und ist auf das Gebiet der Freien und Hansestadt Hamburg begrenzt. Neben der Förderung von Einsparmaßnahmen auf dem Gebiet der Beleuchtung, Kälte‐ und Wärmeversorgung wird ebenfalls die Aufstellung von BHKWs durch dieses Programm gefördert. Zuwendungsempfänger können Produktions‐ und Dienstleistungsunternehmen, Handwerksbetriebe und Institutionen mit vergleichbarer Zielrichtung (z.B. Sportvereine, Wohnungsbaugenossenschaften) sein. Nach der Förderrichtlinie (17) des BSU bemisst sich die Höhe des Zuschusses an dem mit der Maßnahme erreichbaren Ressourcen‐ bzw. Klimaschutzeffekt. Sie erfolgt als Festbetrag pro jährlich vermiedene Tonne CO2. Die Förderung erfolgt in zwei Stufen. Bis zu einer Einsparung von 50 t CO2/a beträgt der Zuschuss 600 €/t CO2, darüber hinaus gilt: Fördersumme = 60 €/t CO2 + 27.000 €. Dieser Zusammenhang ist in Abbildung 24 dargestellt. Jährlich wiederkehrende CO2‐Einsparung [t/a] Abbildung 24: Förderung durch die BSU Hamburg (Unternehmen für Ressourcenschutz) Darüber hinaus findet eine Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit statt. Damit werden Vorhaben mit einer Amortisationszeit von bis zu 2 Jahren grundsätzlich nicht gefördert. Die Zuwendungen werden auf schriftlichen Antrag bei der Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt gewährt. ‐ 39 ‐ Stand: Januar 2011 5. Wirtschaftlichkeit Eine positive Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ist in der Regel das entscheidende Kriterium für die Errichtung eines BHKWs. Grundlegend werden bei dieser Betrachtung die Kosten einer getrennten Erzeugung von Strom und Wärme mit der gekoppelten Erzeugung im BHKW betrachtet. Dabei spielen vor allem die Kapital‐ und Betriebskosten sowie die Erlöse eine wichtige Rolle. Diese schlüsseln sich wie folgt auf: 

Kosten: o Kapitalkosten (BHKW‐Modul, Einbindung etc.) o Verbrauchskosten (Brennstoff, Öl) o Betriebskosten (Wartung etc.) Erlöse: o Erlöse aus Fördermaßnahmen (KWKG, Energiesteuerbefreiung etc.) o Einspeisevergütung o Vermiedenes Netzentgelt 5.1. Berechnungsverfahren Es existieren unterschiedliche Verfahren der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. In diesem Fall eignen sich die dynamischen Investitionsrechnungen, welche die Einnahmen und Ausgaben einer Investition unter zeitlicher Bezugnahme der Zahlungsströme berücksichtigen. Verwendung findet die sogenannte Annuitätenmethode für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung energietechnischer Anlagen. Diese Methode betrachtet die Ein‐ und Auszahlungswerte für jede Periode (Jahre) des Betrachtungszeitraumes. Dazu wird die Anfangsinvestition (Kapitalkosten) unter Berücksichtigung von Zinsfaktoren auf die verschiedenen Jahre des Betrachtungszeitraums aufgeteilt. Ein allgemein anerkanntes Verfahren der Berechnung von Wärmeerzeugungskosten ist in VDI 2067 dargestellt (18). Hier wird allgemein zwischen folgenden Kostenarten unterschieden: 



Kapitalgebundene Kosten Verbrauchsgebundene Kosten Betriebsgebundene Kosten Sonstige Kosten Zum Vergleich der Investition mit einer Bestandsanlage sind die Kostenarten in einer Zielgröße zusammenzufassen. Hierfür kommen die Wärmegestehungskosten, die Stromgestehungskosten oder auch die Gesamtkosten der Anlage in Frage. Diese werden dann mit den Kosten einer konventionellen Anlage verglichen. Werden die Wärmegestehungskosten als Zielgröße genutzt, müssen die Erlöse, welche aus dem Verkauf des anfallenden Stroms oder des vermiedenen Strombezugs bei Eigennutzung anfallen, berücksichtigt werden. ‐ 40 ‐ Stand: Januar 2011 Umgekehrt muss bei der Nutzung der Stromgestehungskosten eine Wärmegutschrift gegenüber der konventionellen Erzeugung in der Kesselanlage angesetzt werden. Die sich ergebenden Gestehungskosten können mit Strombezugskosten verglichen werden. Grundlage jeder aussagekräftigen Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ist in jedem Fall die möglichst genaue Angabe der wichtigen Kenndaten, spezifische Verbrauchskosten, Investitionskosten etc. 5.2. Kostenermittlung Die im Folgenden dargestellte Methode der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ist an die VDI 2067 angelehnt. Dazu ist zunächst eine Ermittlung der unterschiedlichen Kostenarten notwendig. 5.2.1. Kapitalgebundene Kosten Für die Ermittlung der Kapitalkosten sind zunächst die Investitionen für betriebstechnische Anlagenteile und deren Einbindung, z.B. aus Kostenberechnungen, Ausschreibungsunterlagen oder vergleichbaren Anlagen zu bestimmen. Liegen keine genauen Angaben über die Baukosten vor, so ist es im Rahmen einer groben Investitionskostenschätzung ausreichend, diese überschlägig an Hand von Kostenrichtwerten zu ermitteln. Zur Ermittlung der jährlichen Kapitalkosten ist nun die Bestimmung des Annuitätsfaktors notwendig. Dieser kann anhand der folgenden Formel berechnet werden oder den Tabellen aus VDI 2067 entnommen werden: 1
1
·
1
(1) Dabei ist a p n Annuitätsfaktor [1/a] Zinssatz [%] Betrachtungszeitraum [a] Beim Betrieb von BHKWs kann im Allgemeinen von einer Nutzungsdauer von 40.000 bis 60.000 Betriebsstunden ausgegangen werden, wobei auch eine komplette Generalüberholung berücksichtigt werden muss. Steuerlich sind BHKWs gemäß der AfA (Absetzungen für Abnutzung) über einen Zeitraum von 10 Jahren abzuschreiben (4). Der Zinssatz ergibt sich in der Regel aus den Zinsen, welche für das eingesetzte Fremdkapital zu zahlen sind. Die jährlichen Kapitalkosten (KK) berechnen sich nun aus der Multiplikation der Investitionskosten (I) mit dem Annuitätsfaktor (a): · Die Investitionskosten umfassen im Wesentlichen die Kosten für das BHKW‐Modul, dessen Einbindung sowie evtl. Mehrkosten für Blindstromkompensation, Schalldämmung, Katalysator, Schmierölver‐ und Entsorgung, Schaltschrank, Be‐ und Entlüftung, Fernüberwachung, Transport und ‐ 41 ‐ Stand: Januar 2011 Montage sowie Inbetriebnahme, Probebetrieb und Abnahme. Im Vergleich verschiedener Anlagen der E.ON Hanse Wärme wurden die in Abbildung 25 dargestellten Richtpreise für die BHKW‐Module einschließlich Zubehör in Abhängigkeit der Anlagengröße ermittelt. Diese Kostenverteilung kann für die Abschätzung der Investitionskosten verwendet werden, ist jedoch nur als Preisindikation zu verwenden. Bei einer realen Ausschreibung kann dagegen eine deutliche Preisvarianz erwartet werden. Abbildung 25: Spezifische Richtpreise für Erdgas‐BHKW‐Anlagen; Quelle: E.ON Hanse Wärme GmbH Neben den Kosten für das BHKW und den Einbindungskosten sind ggf. weitere Investitionskosten zu berücksichtigen. Dazu gehören die Investitions‐ und Einbindungskosten eines Pufferspeichers, evtl. anfallende Kosten für die Anpassung des Aufstellraums bzw. Kosten für eine Aufstellung im Container. Weiterhin sind für die Vergleichbarkeit zur Bestandsanlage die Kapitalkosten des Bestandskessels (sofern diese weiter genutzt werden) zu berücksichtigen. Von den Investitionskosten sind vor Berechnung der Annuität ggf. Investitionsfördermaßnahmen (vgl. Kapitel 4.6) abzuziehen. 5.2.2. Verbrauchsgebundene Kosten Als verbrauchsgebundene Kosten gehen bei dieser Wirtschaftlichkeitsbetrachtung nur die Brennstoffkosten ein, da der im BHKW erzeugte elektrische Strom als „Überschuss“ betrachtet wird. Das Preissystem sieht in der Regel einen festen Grund‐ bzw. Leistungspreis vor, sowie einen variablen Anteil (Arbeitspreis) pro verbrauchter Kilowattstunde. Die anzusetzenden Kosten sind der Heizkostenabrechnung zu entnehmen und mit dem abgeschätzten Verbrauch der Neuanlage zu multiplizieren. Die verbrauchsgebundenen Kosten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. sind i.d.R. der ‐ 42 ‐ Stand: Januar 2011 größte Kostenanteil bei der 5.2.3. Betriebsgebundene Kosten Zu den betriebsgebundenen Kosten gehören unter Anderem die Kosten für das Bedienen der Anlagen sowie Kosten für Wartung und Instandsetzung. Abbildung 26 zeigt die Ergebnisse einer Richtpreisanfrage der ASUE e.V. (Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch). Diese Richtwerte können für die überschlägige Kostenkalkulation verwendet werden. Abbildung 26: Richtpreise für Instandhaltungsverträge in Abhängigkeit der Anlagenleistung; Quelle: (6) 5.2.4. Sonstige Kosten Hierunter fallen Kosten für Versicherungen und anteilige Verwaltungskosten. Diese sind in einem frühen Projektstadium schwer abzuschätzen. Somit muss auf einen pauschalen Ansatz zurückgegriffen werden. Dabei erscheinen Werte zwischen 0,5 % und 1,5 % der Investitionssumme realistisch (4). 5.3. Erlöse, Einsparungen Die Bewertung der Produkte Wärme und Strom ist abhängig von der Verwendungsart und der gewählten Zielgröße der Investitionsrechnung. Bei einer Eigennutzung des erzeugten Stroms kann eine Gutschrift über den eingesparten Strombezug erfolgen. Wird der erzeugte Strom jedoch vollständig eingespeist, kann hier der vereinbarte Tarifpreis des lokalen Stromanbieters angesetzt werden. Dieser orientiert sich im Allgemeinen an dem vorangegangenen Quartalspreis für Baseload‐
Strom an der Leipziger Strombörse EEX (vgl. Kapitel 4.3). In beiden Fällen kann jedoch der Zuschlag nach dem KWK‐Gesetz einkalkuliert werden. Die Höhe des Zuschlags ist der Tabelle 4 zu entnehmen. ‐ 43 ‐ Stand: Januar 2011 Im Falle der Nutzung von Erdgas als Brennstoff für das BHKW kann an dieser Stelle weiterhin die Befreiung von der Energiesteuer als „Einsparung“ gutgeschrieben werden. Diese beträgt für das nicht produzierende Gewerbe 0,55 Cent/kWh (vgl. Kapitel 4.2). Werden die Stromgestehungskosten als Zielgröße angesetzt, muss für die im BHKW erzeugte Wärme eine Gutschrift angesetzt werden, welche der Erzeugung der gleichen Wärmemenge in einer konventionellen Kesselanlage entspricht. Im Allgemeinen können also folgende Positionen als Erlöse bzw. Einsparungen angesetzt werden: 



Einspeisevergütung bzw. eingesparter Strombezug Vermiedenes Netznutzungsentgelt Förderung durch KWKG, EEG etc. Energiesteuerbefreiung 5.4. Gestehungskosten Nach Ermittlung der einzelnen Kostenanteile sowie der Erlöse bzw. Einsparungen ergibt sich die Gesamtannuität aller Zahlungen. Die günstigste Anlage ist dementsprechend diejenige mit den niedrigsten Gesamtzahlungen. Aus der Annuität lassen sich nun die Wärme‐ oder Stromgestehungskosten berechnen. Dazu wird die jeweilige Annuität in Bezug zur erzeugten Energiemenge gesetzt. Daraus ergeben sich die Gestehungskosten in Cent/kWh. Dieser Wert kann zum wirtschaftlichen Vergleich verschiedener Anlagen herangezogen werden. 5.5. Amortisation Als Aussage für die Wirtschaftlichkeit einer Investition wird häufig auch die statische Amortisationsdauer herangezogen. Diese gibt an, nach welcher Zeit das eingesetzte Kapital wiedergewonnen werden kann. €
ä
€
(2) In diesem Fall der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wird der Kapitaleinsatz in das Verhältnis zu den jährlichen Einsparungen gesetzt. Anhand dieser Zahl lassen sich unterschiedliche Investitionsvarianten miteinander vergleichen, generell ist die Aussagekraft dieser Kennzahl jedoch begrenzt. Die Amortisationszeit ist ein Parameter für die Förderfähigkeit und wird beispielsweise bei den Unternehmen für Ressourcenschutz angesetzt. ‐ 44 ‐ Stand: Januar 2011 6. Rechtliche Grundlagen 6.1. Organisatorische Konzepte In diesem Kapitel werden verschiedene Konzepte und Vertragsmodelle erläutert, in deren Rahmen eine Aufstellung und der Betrieb von BHKWs organisiert werden kann. Prinzipiell unterscheidet man hier zwischen Eigen‐ und Fremdversorgung (Contracting). Unabhängig von der Organisationsform sind verschiedene Verträge mit dem Netzbetreiber zu schließen (siehe auch Abbildung 27): ‐
‐
Einen Netzanschluss‐ und Anschlussnutzungsvertrag. Hierzu beantragt der Betreiber den Anschluss der KWK‐Anlage an das Netz des Betreibers Einen Stromeinspeisevertrag, welcher die Einspeisung des Überschussstroms in das öffentliche Netz regelt. Für den Zusatzstrom ist weiterhin ein Stromliefervertrag mit einem örtlichen Stromanbieter zu schließen. Abbildung 27: Vertragliche Beziehungen für den Betrieb eines BHKWs; Quelle: (1) 6.1.1. Eigenversorgung In der Eigenversorgung sind verschiedene Konstellationen denkbar. Für Mehrfamilienhäuser ist beispielsweise eine Versorgung der Mieter durch den Eigentümer möglich (vgl. Abbildung 28) oder auch die Eigenversorgung einer Mieter‐GbR in einem Mehrfamilienhaus. Hier sind zusätzliche Vereinbarungen mit den Mietern notwendig. Für die Versorgung mit Wärme gilt dabei der laufende Mietvertrag weiter, wobei der Hauseigentümer die Wärmekosten per Nebenkostenabrechnung auf die Mieter umverteilt. Für die Versorgung der einzelnen Mieter mit eigenerzeugtem Strom ist der Abschluss eines Stromliefervertrags notwendig. Der einzelne Mieter muss diesem Vertrag nicht zustimmen. ‐ 45 ‐ Stand: Januar 2011 Abbildung 28: Vertragsbedingungen zwischen Hauseigentümer und Mietern; Quelle: (1) Weiterhin eignet sich der Betrieb von BHKWs für Gewerbebetriebe wie Hotels, Gasstätten, Krankenhäuser oder produzierendes Gewerbe. In diesem Fall ergeben sich die Vertragsbedingungen gemäß Abbildung 27. In jedem Fall kommen bei der Eigenversorgung die wirtschaftlichen Vorteile ganz dem Investor, also dem Gewerbetreibenden bzw. Eigentümer zu Gute. 6.1.2. Fremdversorgung (Contracting) Anstelle der Eigeninvestition kann auch ein Contractor beauftragt werden. Dieser errichtet und betreibt das BHKW. Die Anlage bleibt sein Eigentum und wird über einen mit dem Kunden vereinbarten Strom‐ und Wärmelieferpreis finanziert. Wartung und Instandhaltung liegen ebenfalls im Verantwortungsbereich des Contractors. Ob ein Contracting‐Modell im Einzelfall lohnenswert ist, hängt von den angebotenen Strom‐ und Wärmelieferpreisen ab. In jedem Fall ist eine überschlägige Prüfung einer eigenen Investition zu prüfen. Contracting‐Verträge werden von speziellen Energiedienstleistern oder Stadtwerken angeboten. Für weitergehende Literatur sei dazu die Broschüre des BMU empfohlen (1). 6.2. Anmeldung und Genehmigung Bis zu einer Nennleistung von 50 kWel ist bei BHKWs keine behördliche Genehmigung für die Errichtung und den Betrieb eines BHKWs notwendig (1). Bei einer Nennleistung größer als 50 kWel ist durch die unterschiedlichen Länderbehörden geregelt, bis zu welcher Leistungsgröße BHKWs von der Genehmigung freigestellt sind. ‐ 46 ‐ Stand: Januar 2011 Teil 2: BHKW­Check Im ersten Teil des Handbuchs wurden die theoretischen Grundlagen für die Planung und den Betrieb von Blockheizkraftwerken erläutert. Der nachfolgende zweite Teil dient zur Anwendung dieses Wissens auf die eigene Heizungsanlage, so dass am Ende eine Aussage getroffen werden kann, inwieweit unter diesen Voraussetzungen ein BHKW wirtschaftlich betrieben werden kann. Anhand der nachfolgenden Checklisten wird zunächst eine Bestandsaufnahme der Anlage durchgeführt. Ziel dieser Bestandsaufnahme ist zunächst die Aussage, ob die Montage eines Blockheizkraftwerks generell möglich bzw. sinnvoll ist. Anschließend kann mit den aufgenommenen Verbrauchsdaten eine überschlägige Dimensionierung der BHKW‐Anlage durchgeführt werden. Dazu kann das mitgelieferte Excel‐Tool verwendet werden. Die ausgegebenen technischen, ökologischen und wirtschaftlichen Kennzahlen sollen anschließend eine Entscheidungshilfe für die Durchführung des BHKW‐Projekts sein. Die Handhabung des Excel‐Tools wird in diesem Abschnitt ausführlich erläutert und im Anhang durch eine Beispielauslegung veranschaulicht. 7. Bestandsaufnahme (Checklisten) Die folgenden Checklisten dienen der Bestandsaufnahme der Heizungsanlage. Die Kriterien für einen wirtschaftlichen Betrieb eines BHKWs können hier systematisch überprüft werden. Dazu werden zunächst Angaben zum Gebäude und Nutzerdaten abgefragt. Anschließend erfolgt eine Abfrage der Daten zum bestehenden Heizsystem mit den entsprechenden Hinweisen. Darauf basierend ist eine Übersicht möglicher Optimierungsmaßnahmen für die Heizanlage gegeben. Für weitere Informationen zur Optimierung der Heizanlage sei jedoch auf den Wärme‐Check der BSU verwiesen. Zum Abschluss findet eine Abfrage der Verbrauchsdaten des Objektes statt, anhand derer eine überschlägige Dimensionierung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung anhand des Excel‐Tools stattfinden kann. Die Checkliste ist dabei unterteilt in verschiedene Spalten. Der Bereich „Abschnitt“ kennzeichnet den Themenbereich, in der Spalte „Checkliste“ ist zumeist eine Auswahl zu treffen. In der Spalte „Bewertung“ findet eine kurze Bewertung der Auswahl anhand eines Ampelsystems statt:  : i.d.R. vorteilhaft für die Montage und den Betrieb einer BHKW‐Anlage  : mit negativen Auswirkungen auf den wirtschaftlichen Betrieb eines BHKWs verbunden, evtl. Optimierungsmaßnahmen erforderlich  : Kennzeichnet in der Regel ein Ausschlusskriterium für den Betrieb eines BHKWs  : Checkpunkt (kostenrelevant) ‐ 47 ‐ Stand: Januar 2011 Die Spalte „Anmerkungen“ gibt ergänzende Informationen zum entsprechenden Thema, unter „Verweis“ findet die Verknüpfung des entsprechenden Themengebietes mit dem Theorieteil des Handbuchs statt. ‐ 48 ‐ Stand: Januar 2011 7.1. Gebäude und Nutzerdaten Abschnitt 7.1.1. Art des Gebäudes Checkliste Bewertung 7.1.3. Beheizte Fläche 7.1.4. Personenzahl Verweis  Einfamilienhaus  
i.d.R. ungünstiges Verbrauchsprofil  Mehrfamilienhaus  
 Gebäude mit geringer Nutzung (Büro, Schule etc.)  
i.d.R. hohe Stillstandszeiten  Gewerbebetrieb  
Wenn hoher Grundlastbedarf (Prozesswärme)  Hotelbetrieb  
Hoher Grundlastbedarf (Warmwasser) 

Wärmedämmstandart beachten 

Brauchwasserbedarf steigt bei vielen Personen  Sonstiges: …………………………… 7.1.2. Baujahr des Gebäudes Anmerkungen / Maßnahmen ………………….. ………………….. m² ………………….. Pers. ‐ 49 ‐ Stand: Januar 2011 7.2. Angaben zum bestehenden Heizungssystem Abschnitt 7.2.1. Art der Wärmeerzeugung Checkliste Bewertung  Kesselanlage   Fernwärmebezug   Elektrische Heizung   Solare Wärmeerzeugung   Sonstiges: ………………………… 7.2.2. Brennstoff 7.2.3. Warmwasserbereitung 7.2.4. Prozesswärme Anmerkungen / Maßnahmen Verweis 
i.d.R. Spitzenlastkessel erforderlich 
Keine Verdrängung anderer KWK‐Techniken (keine Förderung nach KWKG) 
Zentrales Heiz‐ und Verteilsystem erforderlich 
Grundlastbedarf wird bereits durch Solarkollektoren bereitgestellt ‐> Betrieb von BHKW i.d.R. unwirtschaftlich  Erdgas   Flüssiggas  
Hohe Brennstoffpreise  Heizöl  
Abgaswärmenutzung problematisch  Biogas  
Zusatzvergütung des KWK‐Stroms nach EEG! 
Zur Erreichung hoher Volllaststunden von besonderem Interesse Grundlast durch Warmwasserbereitung steht nicht für BHKW‐Betrieb zur Verfügung!  Zentrale Erzeugung (über Wärmeerzeuger)  Dezentrale Erzeugung (Gastherme o.ä.)    Keine Warmwasserbereitung   Dampf   Warmwasser (bis max. 90°C)   Keine Prozesswärme  ‐ 50 ‐ Stand: Januar 2011 

Es steht keine Grundlast zur Verfügung 
Prozesswärme kann durch BHKW nicht auf diesem Temperaturniveau bereitgestellt werden Zur Erreichung hoher Volllaststunden von besonderem Interesse 
Vorlauftemperatur: ………………. °C Rücklauftemperatur: …………….. °C 
7.2.5. Heizkreise 7.2.6. Platzbedarf  Temperaturspreizung < 20°C  Rücklauftemperatur > Herstellerangabe (i.d.R. max. 70°C)  Anlage nicht hydraulisch abgeglichen  Aufstellplatz für BHKW nicht vorhanden Temperaturspreizung von mindestens 20°C erforderlich (Herstellerangaben) ‐> siehe Checkliste „Einsparpotenziale“ 
Häufiges Abschalten des Moduls, Taktbetrieb ‐> siehe Checkliste „Einsparpotenziale“ 
Hydraulischer Abgleich der Heizkreise zwingend erforderlich (Rücklauftemperaturen) Notwendigen Platzbedarf mit rundum guter Zugänglichkeit für den Service (Herstellerangaben) Einbringung des BHKW‐Moduls ohne weiteres möglich? Rücklauftemperaturanhebung möglich ‐> geringer anlagentechnischer und regelungstechnischer Aufwand Parallele Einbindung ‐> zentrales Leitsystem notwendig! Parallele Einbindung ‐> zentrales Leitsystem notwendig!      Zugangstüren   Standardkessel   Niedertemperaturkessel   Brennwertkessel   Alter des Heizkessels > 20 Jahre   Freie Lüftung möglich (Herstellerangaben)   Erzwungene Lüftung  


7.2.7. Installierte(r) Heizkessel 7.2.8. Belüftung / Frischluftversorgung ‐ 51 ‐ Stand: Januar 2011 

3.3 3.3 3.3 
Erneuerung notwendig 
Obenliegende und nicht verschließbare Frischluftöffnung ins Freie mit Querschnitt mind. 150 cm² Errichtung eines Luftkanalsystems Raumluftabhängiger oder –unabhängiger Betrieb? Schallschutzmaßnahmen beachten! 3.7 


7.2.9. Lärmschutz  



7.2.10. Erdgasanschluss  Übergabedruck nicht ausreichend   Länge des Abgasweges  
7.2.11. Abgassystem  Abgasführung   Eigennutzung des erzeugten Stroms? 7.2.12. Elektrische Einbindung 

 Einspeisung auf Nieder‐
spannungsebene (unterer Leistungsbereich  Einspeisung auf Mittelspannungsebene (mittlerer bis oberer Leistungsbereich) 

 

 

 ‐ 52 ‐ Stand: Januar 2011 
Lärmschutzbedingungen beachten! Alle Leitungen von und zum BHKW schallentkoppelt ausführen Montage auf entkoppelten Betonsockel Niederdrucknetz eventuell nicht ausreichend, Anschluss an das Mitteldrucknetz nötig (kostenintensiv) Abstimmung mit Gasnetzbetreiber Max. zulässige Länge des Abgasweges beachten (Herstellerangabe) Einzug eines weiteren Abgaszuges im Schornstein möglich? Landesvorschriften beachten! Hoher Eigenverbrauch i.d.R. vorteilhaft für die Wirtschaftlichkeit des BHKWs Deckungsanteil: Lastprofil beachten Abstimmung mit den jeweiligen Verteilnetzbetreiber notwendig Anschlussgebühren i.d.R. gering Abstimmung mit den jeweiligen Verteilnetzbetreiber notwendig Anschlussgebühren i.d.R. hoch (Trafoaufstellung) 2.7.5 3.5 3.6 3.6 3.4 3.4 3.4 7.3. Einsparpotenziale in der Bestandsanlage In diesem Abschnitt wird auf allgemeine Einsparpotenziale hingewiesen, welche sich auf das bestehende Heizungs‐ und Verteilsystem beziehen. Eine Optimierung der Anlagenparameter anhand der nachfolgenden Aufstellung ist für den wirtschaftlichen Betrieb eines BHKWs in der Regel sehr empfehlenswert. Die Angaben stammen aus dem Handbuch „Wirtschaftliches Heizen“ (19) für die Durchführung des WärmeChecks. Für weitergehende Informationen und Einsparpotenziale wird auf diesen WärmeCheck der Hamburger Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt verwiesen. Werden Schwachstellen in der vorhandenen Heizungsanlage erkannt und die entsprechenden Maßnahmen durchgeführt, ist in der Regel ein verbesserter Anlagennutzungsgrad die Folge. Dies ist bei der Auslegung des BHKWs zu berücksichtigen. Anlagenabschnitt Schwachstelle Heizkesselanlage Heizkessel hat schlechten Wirkungsgrad Erkennung Maßnahme  Kesselart und Baujahr  Umstellung der Systemtechnik auf Brennwert‐ oder Niedertemperatur‐Heizkessel Heizkesselleistung zu groß  Baujahr  Heizkesselleistung nach Wärmebedarf auslegen und  Abgastemperatur >90°C; Abgasverluste > 6% einstellen, ggf. Heizkessel austauschen  Hohe Temperatur im Heizraum Geringer Anlagenwirkungsgrad  Hohe Rücklauftemperaturen  Anlagensystem überprüfen, Kesseleinstellung anpassen Feuerungstechnischer Wirkungsgrad gering  Schlechte Verbrennungswerte (gemäß Schornsteinfegermessprotokoll)  Kesselreinigung  Brennereinstellung prüfen Brenner zu groß oder schlecht eingestellt  Brennerleistung mit Kesselleistung vergleichen  Brenner läuft nur mit kleinster Leistung  Brenner einstellen, ggf. austauschen Heizkesselart passt nicht zum Raumheizungssystem  Heizkesseltemperatur erheblich höher als erf. Systemtemperatur (z.B. FBH)  Kesselregelung prüfen, evtl. nachrüsten Brennwertnutzen nicht ausgeschöpft  Rücklauftemperatur >60°C  Hydraulischen Abgleich durchführen  Heizkesselleistung überprüfen ‐ 53 ‐ Stand: Januar 2011 Wärmeverteilung Hydraulische Einbindung der Wärmeerzeuger falsch  Keine hydraulische Weiche vorhanden  Hydraulische Einbindung ändern, Einbau einer hydraulischen Weiche  Leistungsabhängige Steuerung der Kesselpumpen Kein hydraulischer Abgleich durchgeführt  Zu geringe Temperaturspreizung (mindestens 20 K) an den Heizkreisen  Hydraulischen Abgleich durchführen Ungeregelte Umwälzpumpen  Festwert‐Pumpen vorhanden  Austausch gegen elektronisch geregelte Umwälzpumpen Umwälzpumpe zu groß ausgelegt  Pumpe läuft permanent auf minimaler Leistungsstufe  Heizungspumpe auslegen und austauschen Regelventile der Heizkreise falsch ausgelegt  Stark schwankende Vorlauftemperaturen in den Heizkreisen  ständiges Öffnen und Schließen des Regelventils  Kvs‐Werte der Regelventile ermitteln und anpassen, ggf. austauschen Wärmetauscher falsch ausgelegt  Hohe Vorlauftemperatur  geringe Temperaturspreizung  Wärmetauscher auslegen und austauschen Schlechte Wärmeausnutzung  Hohe Rücklauftemperatur, geringe Temperaturspreizung  Keine Thermostatventile vorhanden  Hydraulischen Abgleich durchführen  Thermostatventile nachrüsten Heizflächen zu klein  Hohe Vorlauftemperaturen  Geringe Temperaturspreizung  Heizflächen vergrößern  Systemtemperatur reduzieren  Temperaturspreizung erhöhen Regelkonzept fehlt, keine Heizkreisaufteilung  Fehlende Regelgruppen für unterschiedliche Heizsysteme  Regelkonzept erstellen und nach Anforderungen der Heizsysteme auslegen und einbauen Heizungsregelung falsch eingestellt 



 Nachtabsenkung einstellen  Systemtemperaturen ermitteln, Heizkurve und Parallelverschiebung anpassen  Heizzeiten an die Nutzung anpassen  Regelparameter anpassen Raumtemperaturen zu hoch  Gemessene Raumtemperaturen höher als in DIN 4701 festgelegt Raumheizsystem Heizungs‐
regelung Keine Nachtabsenkung eingestellt Heizkurve passt nicht zum Gebäude Keine Zeitschaltuhr, falsche Einstellung Starke Schwingungen im Regelverhalten ‐ 54 ‐ Stand: Januar 2011  Regeleinstellungen anpassen  Heizkörperthermostate begrenzen Warmwasser‐
bereitung Rohrleitungen Warmwasserspeicher zu groß  Normleistungskennzahl ermitteln und abgleichen  Speicher erneuern, Speichersystem auf Ladesystem mit Durchlauferhitzer umstellen Warmwasserspeicher schlecht gedämmt  Hohe Oberflächentemperatur  Hohe Raumtemperatur  Speicher neu dämmen, ggf. erneuern Warmwasserregelung falsch eingestellt  Sollwert Warmwasser >60°C  Keine Nachtabsenkung eingestellt  Sollwert minimieren  Nachtabsenkung einstellen Warmwasserzirkulation nicht einreguliert  Rücklauftemperatur Zirkulation >60°C  Fehlende Einstellarmaturen  Fehlende Regelung  Sollwert minimieren  Einstellarmaturen auslegen und einbauen  Regelung mit Zeitschaltuhr nachrüsten Rohrleitungen falsch ausgelegt  Leistung zu Rohrquerschnitt betrachten  Hohe Pumpenleistung  Rohrleitung auslegen und erneuern Rohrdämmung mangelhaft  Dämmung fehlt oder ist beschädigt  Geringe Dämmstärke  Rohrdämmung erneuern bzw. einbauen gemäß EnEV ‐ 55 ‐ Stand: Januar 2011 7.4. Angabe der Verbrauchsdaten Abschnitt Abgefragte Verbrauchsdaten Angabe Einheit 7.4.1. Verbrauchsdaten aus dem Jahr ……………………………………… 7.4.2. Gasverbrauch pro Monat 1 m³ Erdgas  11.33 kWh(Ho) Januar ……………………………………… kWh (Ho) Februar ……………………………………… kWh (Ho) März ……………………………………… kWh (Ho) April ……………………………………… kWh (Ho) Mai ……………………………………… kWh (Ho) Juni ……………………………………… kWh (Ho) Juli ……………………………………… kWh (Ho) August ……………………………………… kWh (Ho) September ……………………………………… kWh (Ho) Oktober ……………………………………… kWh (Ho) November ……………………………………… kWh (Ho) Dezember ……………………………………… kWh (Ho) Jahreswärmebedarf WWB ……………………………………… kWh(Hu)/a Wärmeleistungsbedarf WWB ……………………………………… kW 7.4.3. Warmwasserbereitung ‐ 56 ‐ Stand: Januar 2011 7.4.4. Prozesswärme 7.4.5. Stromversorgung 7.4.6. Bestehendes Heizsystem 7.4.7. Energiebezugspreise Jahreswärmebedarf Prozesswärme ……………………………………… kWh(Hu)/a Wärmeleistungsbedarf Prozesswärme ……………………………………… kW Jährl. Stromarbeitsbedarf ……………………………………… MWh/a Stromleistungsbedarf ……………………………………… kW Kesselleistung gesamt ……………………………………… kW Kesselwirkungsgrad ……………………………………… % Kesselnutzungsgrad ……………………………………… % Erdgas‐Leistungspreis pro Jahr ……………………………………… €/a Durchschnittlicher Brennstoffpreis ……………………………………… Ct/kWh(Ho) Strom‐Leistungspreis pro Jahr ……………………………………… €/a Durchschnittlicher Strom‐Arbeitspreis ……………………………………… Ct/kWh ‐ 57 ‐ Stand: Januar 2011 8. Dimensionierung mit Excel‐Tabelle Eine grobe Abschätzung der Betriebsparameter und der Wirtschaftlichkeit des BHKW‐Betriebs ist anhand des beiliegenden Excel‐Programms möglich. Grundlage für die Durchführung des „BHKW‐
Checks“ ist die gewissenhafte Eingabe der Verbrauchsdaten und Randbedingungen. Bei allen Eingaben sind grundsätzlich die Einheiten hinter den Eingabefeldern zu beachten! Das Programm bietet nur eine grobe Abschätzung der Kenndaten und der Wirtschaftlichkeit des BHKWs und ersetzt keine detaillierte Planung bzw. Auslegung der BHKW‐Anlage! Im Folgenden wird die Verwendung der Excel‐Tabelle einschließlich der im Hintergrund ablaufenden Berechnungsvorgänge ausführlich erläutert. Notwendige Eingabefelder sind in der Excel‐Tabelle blau, Ergebnisfelder grau hinterlegt. Grundsätzlich sind nur die Arbeitsblätter „1. Verbrauchsdaten“, „2. Dimensionierung“, „3. Wirtschaftlichkeit“ sowie „Diagramme“ von Bedeutung. Im Arbeitsblatt „Berechnungen“ können die im Hintergrund ablaufenden Berechnungsschritte nachverfolgt werden. Das Arbeitsblatt „Grundlagen“ stellt die zugrunde liegenden Kennzahlen bzw. Berechnungsgrundlagen zusammen. Diese Arbeitsblätter müssen in der Regel nicht bearbeitet werden. Nur bei Änderung bestimmter Rahmenbedingungen ist hier eine Anpassung möglich. Das Kennwort zur Freigabe der gesperrten Bereiche lautet „ressourcenschutz“. 8.1. Excel‐Blatt „1. Verbrauchsdaten“ In diesem Arbeitsblatt sind zunächst die Daten der Bestandsaufnahme (vgl. Kapitel 7) einzutragen. Bei der Eingabe ist größte Sorgfalt bzgl. der Einheiten der eingegebenen Daten zu legen. 
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Standort das Berechnungsprogramm ist bisher bezüglich Wetterdaten etc. nur auf den Standort Hamburg beschränkt. Eine nachträgliche Erweiterung auf andere Standorte ist jedoch prinzipiell möglich. Verbrauchsdaten aus dem Jahr Es sind möglichst aktuelle Verbrauchsdaten anzugeben. Stammen die Daten nicht aus dem Jahr 2009, ist hier das entsprechende Jahr auszuwählen. Dies hat Einfluss auf die Bestimmung der Jahresgradtage. Brennstofftyp Die Tabelle sieht zunächst nur den Betrieb mit Erdgas vor. Gasverbrauch/Monat [kWh(Ho)] Hier ist der Brennstoffverbrauch entsprechend der Gasabrechnung einzutragen. Die Angabe der einzelnen Monatsverbräuche ist unbedingt erforderlich. Liegen keine Daten für Monatsverbräuche, sondern nur der Gesamtjahresverbrauch vor, so kann der Monatsverbrauch anhand folgender Faktoren (Erfahrungswerte) abgeschätzt werden, jedoch sinkt die Genauigkeit der Auslegung damit. Manche Gasanbieter geben auf der Gasabrechnung den Gasverbrauch nicht in Kilowattstunden (kWh), sondern in Kubikmetern (m³) an. Über folgende Umrechnung lässt sich der Verbrauch näherungsweise umrechnen: 1 m³ Erdgas  11,33 kWh(Ho). Im Internet findet man dazu verschiedene Umrechnungsprogramme. ‐ 58 ‐ Stand: Januar 2011 Tabelle 8: Faktoren zur Abschätzung der Monatsverbräuche aus dem Jahresverbrauch; Quelle: (9) Monat Januar Februar März April Mai Juni Anteil am Jahres‐
energieverbrauch 15,4 %
15,4 %
12,3 %
9,2 %
5,4 %
2,8 %
Monat Anteil am Jahres‐
energieverbrauch Juli 0,8 % August 1,1 % September
4,6 % Oktober 7,7 % November 11,5 % Dezember 13,8 % Warmwasserbereitung 
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Berechneter Wärmebedarf WWB (aus Juli) [kWh(Hu)/a] Der Jahreswärmebedarf für Warmwasserbereitung entspricht in etwa dem Wärmebedarf in den Sommermonaten. Der hier berechnete Wert entspricht dem Wärmebedarf im Monat Juli, hochgerechnet auf 12 Monate. Jahreswärmebedarf WWB [kWh(Hu)/a] Es ist der Jahreswärmebedarf für 365 Tage im Jahr anzugeben. Ist dieser Wert nicht ausreichend bekannt, sollte der Jahreswärmebedarf in etwa dem vorangegangenen Wert (Berechneter Wärmebedarf WWB) entsprechen. Max. Wärmeleistungsbedarf WWB [kW] Es ist die Nennleistung des Warmwasserbereiters anzugeben. Vollbenutzungsstunden WWB [h/a] Aus dem Jahreswärmebedarf und dem max. Leistungsbedarf berechnen sich die Vollbenutzungsstunden für Warmwasser. Erfahrungsgemäß ergeben sich hier Werte zwischen 4.000 bis 6.000 h/a. Prozesswärme 
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Jahreswärmebedarf Prozesswärme [kWh(Hu)/a] Liegt ein Prozesswärmebedarf vor, ist hier der Wärmebedarf für das Jahr anzugeben. Max. Wärmeleistungsbedarf Prozessw. [kW] Vollbenutzungsstunden Prozesswärme [h/a] Strom 
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Jährlicher Stromarbeitsbedarf [MWh/a] Stromleistungsbedarf des Objektes [kW] Angaben zum bestehenden Heizsystem 
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Kesselleistung gesamt [kW] Kesselwirkungsgrad [%] Kesselnutzungsgrad [%] ‐ 59 ‐ Stand: Januar 2011 In den Kesselnutzungsgrad gehen der Kesselwirkungsgrad sowie die Abgas‐, Strahlungs‐ und Bereitschaftsverluste ein. Der Nutzungsgrad muss entsprechend des Zustands des Kessels abgeschätzt werden oder kann berechnet werden (VDI 3808). Erfahrungsgemäß liegen die Kesselnutzungsgrade im Bereich von 75% (ältere Kessel) bis 90% bzw. 100% (neue Niedertemperatur‐ bzw. Brennwertkessel) (4). Eingabe der Energiebezugspreise 
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Erdgas‐Leistungspreis [€/a] Durchschnittlicher Brennstoffpreis (netto) [ct/kWh(Ho)] Strom‐Leistungspreis [€/a] Durchschnittlicher Strom‐Arbeitspreis (netto) [ct/kWh] 8.2. Excel‐Blatt „2. Dimensionierung“ Bestandsanlage Hier sind zunächst die Daten der Bestandsanlage entsprechend den eingegebenen Verbrauchsdaten zusammengefasst. Dazu gehören: 
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Kesselleistung Bestand [kW] Jährlicher Brennstoffverbrauch [MWh(Ho)/a] Jährlicher Stromverbrauch [MWh/a] Außentemperaturbereinigter Heizwärmebedarf [kWh/a] Im Tabellenblatt „Berechnungen“ wird eine Außentemperaturbereinigung des Heizwärmebedarfs nach VDI 3807 durchgeführt (siehe auch Kapitel 3.2.1). Der bereinigte Wert wird hier angegeben. Auswahl der BHKW‐Leistungsgrößen In diesem Abschnitt werden die Auslegungsdaten des BHKWs festgelegt. Es können in drei Vergleichsrechnungen verschiedene BHKW‐Größen miteinander verglichen werden. Dazu muss zunächst für die Spalten BHKW 1, 2 und 3 eine BHKW‐Leistungsgröße ausgewählt werden, anschließend muss eine Anpassung der Vollbetriebsstunden über die Jahresdauerlinie des Wärmeleistungsbedarfs durchgeführt werden. 
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Elektrische Leistung (Auswahl) [kW_el] In diesem Feld muss die Größe des BHKWs gewählt werden. Der Auswahl entsprechend ergeben sich die nachfolgenden Werte für thermische Leistung und Brennstoffleistung sowie die Wirkungsgrade. In den verschiedenen Vergleichsrechnungen können verschiedene BHKW‐Größen verglichen werden. Bei der Auswahl ist zu beachten, dass die Auswahlgröße die elektrische, nicht die thermische Leistung darstellt. Die Faustformeln für wärmegeführte BHKWs (vgl. Kapitel 3.2.2) sind demnach auf das nachfolgende Ergebnisfeld „thermische Leistung“ zu beziehen. Vollbetriebsstunden [h/a] Nachdem die elektrische Leistung des BHKWs ausgewählt wurde, ist in das Tabellenblatt „Diagramme“ zu wechseln. In Diagramm 4 (Jahresdauerlinie der benötigten Wärmeleistung) ‐ 60 ‐ Stand: Januar 2011 sind die Vollbetriebsstunden der gewählten BHKW‐Größe anzupassen. Die BHKW‐Leistung ist als Rechteck dargestellt. Am Schnittpunkt der oberen BHKW‐Linie mit der Jahresdauerlinie können an der x‐Achse die Vollbetriebsstunden abgelesen werden (vgl. Abbildung 29). Diese müssen anschließend in das Feld „Vollbetriebsstunden“ im Tabellenblatt „Dimensionierung“ eingegeben werden. Abbildung 29: Ermittlung der BHKW‐Vollbetriebsstunden aus der Jahresdauerlinie 
Deckungsanteil Stromerzeugung am Eigenverbrauch [%] Dieses Eingabefeld legt fest, welcher Anteil des erzeugten BHKW‐Stroms den Eigenverbrauch decken soll. Ein Deckungsanteil von 0% entspricht dabei der Volleinspeisung des BHKW‐
Stroms in das Netz. Ist eine Eigenbedarfsdeckung vorgesehen, ist abzuschätzen, welcher Anteil des erzeugten Stroms auch wirklich zeitgleich zur Erzeugung genutzt werden kann. Dies ist abhängig vom Stromverbrauchsprofil des Objektes. Für eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ist ein hoher Eigenverbrauch i.d.R. positiv. Leistungsdaten Abhängig von der gewählten BHKW‐Leistungsgröße werden hier die Leistungsdaten der zu vergleichenden Varianten zusammengestellt. Dazu gehören: 
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Die erzeugte elektrische Energie pro Jahr [kWhel/a] Die eingespeiste Strommenge (abhängig vom Deckungsanteil Stromerzeugung) pro Jahr [kWhel/a] Zusätzlicher Strombezug [kWhel/a] Abhängig vom Gesamtstrombedarf des Objektes (Verbrauchsdaten) und dem Deckungsanteil der Stromerzeugung wird der zusätzliche Strombezug aus dem Netz bestimmt. Durch das BHKW bereitgestellte Heizenergie pro Jahr [kWhth/a] Deckungsanteil Wärmebedarf durch BHKW [%] Dieser Prozentwert gibt den Anteil der durch das BHKW bereitgestellten Wärmemenge zum Jahresheizwärmebedarf (außentemperaturbereinigt) wieder. Dieser Wert ist von der ‐ 61 ‐ Stand: Januar 2011 
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Leistung des BHKWs und den Vollbenutzungsstunden abhängig und sollte möglichst hoch sein. Jährliche Brennstoffleistung für BHKW [kWh(Ho)/a] Gesamt‐Nutzungsgrad BHKW [%] Stromkennzahl BHKW [‐] Heizwärme durch Heizkessel bereitgestellt [kWhth/a] Die Differenz aus dem Jahreswärmebedarf und der durch das BHKW bereitgestellten Wärme muss durch den Spitzenlastkessel bereitgestellt werden. Brennstoffleistung für Kessel [kWh(Ho)/a] Gesamt‐Brennstoffleistung [kWh(Ho)/a] Kennzahlen In diesem Abschnitt werden verschiedene Kennzahlen für die verschiedenen Varianten berechnet. Ziel ist die Bestimmung der Primärenergieeinsparung durch die gekoppelte Erzeugung von Wärme und Strom. Dieser Wert gilt als Maßgabe dafür, ob es sich um eine hocheffiziente KWK‐Anlage handelt (siehe Kapitel 4.3). 
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Thermischer Nutzungsgrad der Bestandsanlage ( ,
) [%] Elektrischer Nutzungsgrad Netzstrom ( , ) [%] Dieser Wert dient als Referenzwert zum Vergleich der KWK‐Anlage mit der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme. Er stellt den durchschnittlichen elektrischen Nutzungsgrad aller stromerzeugenden Anlagen im deutschen Kraftwerkspark dar und wird durch das Umweltbundesamt jährlich veröffentlicht. Thermischer Nutzungsgrad KWK‐Anlage ( ,
) [%] Dieser Wert berechnet sich aus dem Quotienten der insgesamt bereitgestellten Heizwärme (Kessel und BHKW) zur gesamten Brennstoffleistung. Elektrischer Nutzungsgrad KWK‐Anlage ( ,
) [%] Dieser Wert ist definiert als der jährliche KWK‐Strom im Verhältnis zum Brennstoff, der für die Erzeugung der Summe von KWK‐Nutzwärmeleistung und KWK‐Stromerzeugung eingesetzt wurde (Kessel + BHKW). Primärenergieeinsparung durch KWK (PEE) [%] Aus den Referenznutzungsgraden berechnet sich dementsprechend die Primärenergieeinsparung durch die gekoppelte Erzeugung von Wärme und Strom. Dies ist ein Maß für die Effizienz der Anlage. CO2‐Emissionen Die eingesparten CO2‐Emissionen stellen die Grundlage der Förderung durch die Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt Hamburg dar. 
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CO2‐Emissionsfaktor Brennstoff [kg(CO2)/kWh(Ho)] Die für die Berechnung der CO2‐Emissionen verwendeten Emissionsfaktoren stellen die Menge an freigesetzten CO2‐Emissionen pro eingesetzter kWh Brennstoff dar. Für Erdgas beträgt dieser 0,203. Die Werte werden durch die BSU veröffentlicht. CO2‐Emissionsfaktor Netzstrom [kg(CO2)/kWhel] ‐ 62 ‐ Stand: Januar 2011 
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Dieser Durchschnittswert stellt die CO2‐Emissionen pro erzeugter kWh Strom im Bundesdeutschen Strommix dar. Vermiedene CO2‐Emissionen durch KWK‐Strom [t(CO2)/a] Der produzierte KWK‐Strom ersetzt eine Strommenge im Stromnetz, welche sonst durch Kraftwerke bereitgestellt werden würde, unabhängig davon, ob dieser selbst genutzt und in das Netz eingespeist wird. Die vermiedenen Emissionen für diese entsprechende Strommenge können als „Gutschrift“ behandelt werden. CO2‐Einsparung durch BHKW [t(CO2)/a] Die Differenz aus den Emissionen im Bestand und der Summe der CO2‐Emissionen der KWK‐
Anlage stellt die Menge an CO2 dar, welche pro Jahr durch die KWK‐Anlage eingespart werden kann. 8.3. Excel‐Blatt „3. Wirtschaftlichkeit“ Auf diesem Arbeitsblatt wird eine überschlägige Wirtschaftlichkeitsberechnung der drei verschiedenen Varianten nach der Annuitätsmethode (siehe Kapitel 5) durchgeführt. Zielgröße für die annuitätische Betrachtung sind die Wärmegestehungskosten. Eine Berechnung der Stromgestehungskosten kann mit dem Programm nicht durchgeführt werden. Finanzmathematische Rahmenannahmen Als Grundlage für die annuitätische Betrachtung müssen zunächst die finanzmathematischen Rahmenannahmen festgelegt werden: 
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Zinssatz [%] Der Zinssatz ergibt sich i.d.R. aus den Zinsen, welche für das eingesetzte Fremdkapital zu zahlen sind bzw. der Verzinsung, die für eingesetztes Eigenkapital erwartet wird. Laufzeit (Jahre) [a] Stellt den Kalkulationszeitraum für die Abschreibung der BHKW‐Anlage dar. Steuerlich sind BHKWs gemäß der AfA (Absetzungen für Abnutzung) über einen Zeitraum von 10 Jahren abzuschreiben. Annuitätsfaktor [1/a] Aus den vorangegangenen Daten berechnet sich der Annuitätsfaktor gemäß Formel (1). Kapitalgebundene Kosten 
Investitionskosten In diesem Abschnitt sind zunächst die zu erwartenden Investitionskosten der KWK‐Anlage festzuhalten. Dabei ist sehr sorgfältig vorzugehen, da die Genauigkeit der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung in großem Maße von den angesetzten Investitionskosten abhängt. Die Investitionskosten für das BHKW‐Modul einschließlich Regelung und Zubehör sowie hydraulischer, elektrotechnischer Einbindung werden anhand von Erfahrungswerten in Abhängigkeit der BHKW‐Leistungsgröße bestimmt. Im Folgenden sind die zusätzlichen Kosten, welche z.B. für Änderungen am Aufstellungsraum, Aufstellung eines Pufferspeichers, das Einziehen zusätzlicher Schornsteinzüge etc. vorzusehen. Liegen keine genauen ‐ 63 ‐ Stand: Januar 2011 
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Kostendaten vor, sind diese anhand von Richtwerten zu bestimmen. Eventuell ist ebenfalls die Abschreibung des vorhandenen Kessels zu berücksichtigen, sofern dieser weiterhin als Spitzenlastkessel genutzt wird. Förderung Hier sind die Förderprogramme aufzulisten, welche einen direkten Investitionskostenzuschuss leisten. Dazu gehören: o Klimaschutz‐Impulsprogramm (nur bis 50 kWel); siehe Kapitel 4.6 o Förderung „Unternehmen für Ressourcenschutz“ (nur innerhalb der Freien und Hansestadt Hamburg). Die Förderung bemisst sich, wie in Kapitel 4.6 beschrieben, an der Menge eingesparter CO2‐Emissionen durch die KWK‐Anlage und werden vom Auswertungsprogramm berechnet. o Weitere Fördermaßnahmen Kapitalgebundene Kosten [€/a] Aus den Investitionskosten abzüglich der Investitionskostenzuschüsse berechnen sich durch Multiplikation mit dem Annuitätsfaktor die kapitalgebundenen Kosten, das heißt der Abschreibungsbetrag der Anlage pro Jahr. Verbrauchsgebundene Kosten 
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Brennstoffkosten BHKW und Kessel [€/a] Mit dem jährlichen Brennstoffbedarf für die KWK‐Anlage und den spezifischen Brennstoffkosten (Angabe aus Verbrauchsdaten) berechnen sich die Brennstoffkosten pro Jahr. Stromkosten Netzbezug [€/a] Abhängig davon, inwieweit eine Eigenversorgung durch den eigenerzeugten Strom stattfindet, muss der zusätzlich benötigte Strom über den Stromversorger bezogen werden. Betriebsgebundene Kosten 
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Wartung, Instandhaltung BHKW [€/a] Die Kosten für einen Instandhaltungsvertrag werden gemäß Abbildung 26 automatisch in Abhängigkeit der Anlagengröße berechnet. Weitere Betriebsgebundene Kosten [€/a] Hier sind weitere anfallende Betriebsgebundene Kosten einzutragen, sofern diese anfallen. Hierzu gehören beispielsweise die Kosten für Bedienpersonal o.ä. Sonstige Kosten 
Versicherung, Verwaltung [€/a] Die genaue Höhe der Verwaltungs‐ und Versicherungskosten lässt sich meist nur mit einiger Ungenauigkeit abschätzen. Überschlägig erscheinen Werte zwischen 0,5 und 1,5 % der Investitionssumme realistisch. ‐ 64 ‐ Stand: Januar 2011 Erlöse Die genaue Bestimmung der zu erwartenden Erlöse ist von großer Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit der KWK‐Anlage. Dazu müssen zunächst die Rahmenbedingungen definiert werden. Anschließend findet eine Berechnung der zu erwartenden Erlöse statt. 
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Strompreis für eingespeisten Strom [ct/kWhel] Als Richtwert für den Strompreis, welcher für eingespeisten Strom gezahlt wird, dient der Preis für Baseload‐Strom des vorangegangenen Quartals an der Leipziger Strombörse (EEX). Vermiedenes Netzentgelt [ct/kWhel] Die Höhe des vom Netzbetreiber zu zahlenden Entgelts für die vermiedene Netznutzung wird zwischen Netzbetreiber und Einspeiser vereinbart. In der Regel liegen diese im Bereich von 0,15 bis 0,50 ct/kWhel. Abhängig von der eingespeisten Strommenge bzw. dem Brennstoffverbrauch werden nun die folgenden Erlöse berechnet: 
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Förderung durch das KWKG [€/a] Einspeisevergütung [€/a] Vermiedenes Netznutzungsentgelt [€/a] Energiesteuerbefreiung [€/a] Zusammenfassung 
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Annuität [€/a] In diesem Abschnitt sind die Kostenbereiche nach VDI 2067 zusammengefasst. Aus der Summe ergibt sich die Annuität der Investition. Wärmegestehungskosten BHKW + Kessel [ct/kWhth] Zur Bestimmung der Wärmegestehungskosten der KWK‐Anlage wird die Gesamtannuität in das Verhältnis zur erzeugten Nutzwärme gesetzt. Dieser Wert kann zum wirtschaftlichen Vergleich der Varianten untereinander oder zur Bestandsanlage genutzt werden. Bestandsanlage Zum Vergleich der Wärmegestehungskosten mit der Bestandsanlage müssen zunächst die verschiedenen Kostenanteile für die Bestandsanlage festgelegt werden. 
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Kapitalgebundene Kosten [€/a] Eine Bestimmung der kapitalgebundenen Kosten (Abschreibung) stellt sich meist als schwierig heraus. Eine möglichst genaue Abschätzung ist jedoch wichtig für die Genauigkeit des Vergleichs. Verbrauchsgebundene Kosten [€/a] Dieser Kostenanteil ergibt sich aus den Leistungs‐ und Arbeitspreisen für Strom und Erdgas sowie, wie im Tabellenblatt „Verbrauchsdaten“ angegeben. Betriebsgebundene Kosten [€/a] Hier sind die Kosten für Wartung und Instandhaltung einzutragen bzw. abzuschätzen. Sonstige Kosten [€/a] Einzahlungen [€/a] In der Regel ergeben sich bei reinen Wärmeerzeugungsanlagen keine Einzahlungen. ‐ 65 ‐ Stand: Januar 2011 
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Annuität der Bestandsanlage [€/a] Aus der Summe der verschiedenen Kostenanteile ergibt sich nun die Annuität der Bestandsanlage. Wärmegestehungskosten Bestandsanlage [€/a] Analog zu den Wärmegestehungskosten bei der KWK‐Anlage wird die Gesamtannuität ins Verhältnis zur Jahresnutzwärmeenergie gesetzt. Dieser Wert kann nun zum Vergleich mit den verschiedenen BHKW‐Varianten herangezogen werden. Amortisationszeit 
Amortisationszeit BHKW‐Nachrüstung [a] Die Amortisationszeit gibt an, in welchem Zeitraum das eingesetzte Kapital durch die Einsparungen wiedergewonnen werden kann. Dazu wird die Summe der Investitionskosten gemäß Formel (2) durch die jährlichen Einsparungen dividiert. Die jährlichen Einsparungen ergeben sich aus der Differenz der Wärmegestehungskosten multipliziert mit dem Nutzwärmebedarf. Liegt keine Amortisation der Investition vor (Wärmegestehungskosten der KWK‐Anlage sind höher als die der Bestandsanlage), gibt das Programm k.A. (keine Amortisation) aus. Die Amortisationszeit liegt bei KWK‐Anlagen in der Regel bei mindestens 10 Jahren. 8.4. Excel‐Blatt „Diagramme“ Auf diesem Arbeitsblatt sind die Ausgangsdaten sowie die (Zwischen‐) Ergebnisse der Dimensionierung und Wirtschaftlichkeitsberechnung in Diagrammen dargestellt. Diagramm 1: Gasverbrauch / Monat: Dieses Diagramm stellt den monatlichen Gasverbrauch dar, wie in Arbeitsblatt 1 angegeben. Diagramm 2: Energiebedarfsstruktur eines Jahres: In diesem Diagramm ist der Wärmeleistungsbedarf in kW angegeben, welcher sich aus der Außentemperaturbereinigung der Verbrauchswerte und der Anzahl der Heiztage für den jeweiligen Monat ergibt. Die Außentemperaturbereinigung ist im Arbeitsblatt „Berechnungen“ nachzuvollziehen. Diagramm 3: Berechnung der Lastkennlinie: Für die Berechnung der Lastkennlinie kann zunächst die temperaturunabhängige Leistung (Warmwasserbereitung und Prozesswärme) vereinfacht als waagrechte Gerade dargestellt werden. Die durchschnittliche temperaturabhängige Leistung jedes Monats wird in diesem Diagramm gegen die Monatsmitteltemperatur aufgetragen. Legt man durch diese Datenpunkte eine Regressionsgerade, lässt sich an dieser Gerade der außentemperaturabhängige Heizwärmebedarf bestimmen. Aus der Addition beider Geraden ergibt sich die Gesamtleistung. ‐ 66 ‐ Stand: Januar 2011 Diagramm 4: Jahresdauerlinie der benötigten Wärmeleistung: Aus der Häufigkeitsverteilung der Jahresaußentemperatur (siehe Abbildung 13) und der berechneten Lastkennlinie kann nun die Jahresdauerlinie der benötigten Wärmeleistung berechnet werden (rote Linie). Die Jahresdauerlinie gibt an, in wie vielen Stunden pro Jahr die entsprechende Wärmeleistung benötigt wird. Die Fläche unter dem Diagramm stellt somit den Gesamtwärmebedarf im Jahr dar. Die BHKW‐Leistungen der drei verschiedenen Varianten sind in diesem Diagramm als Rechtecke dargestellt. Diagramm 5: Annuität: In Diagramm 5 sind die Annuitäten der verschiedenen Varianten sowie der Bestandsanlage graphisch dargestellt. Dabei wird zwischen den unterschiedlichen Kostenarten unterschieden. Diagramm 6: Vergleich der Varianten: In diesem Diagramm werden die Wärmegestehungskosten sowie die CO2‐Einsparung durch die gekoppelte Erzeugung von Strom und Wärme für die verschiedenen BHKW‐Varianten dargestellt. Auf der linken y‐Achse (blau) sind dabei die Wärmegestehungskosten, auf der rechten y‐Achse die CO2‐
Einsparung (grün) aufgetragen. ‐ 67 ‐ Stand: Januar 2011 9. Checkliste Genehmigung / Förderanträge Maßnahme Hintergrund Vor Inbetriebnahme  Fördermittel beantragen Hilfen für die Finanzierung des BHKW (KfW) und ggf. Beantragung von Fördermitteln (z.B. Impulsprogramm Mini‐BHKW oder Förderung durch BSU Hamburg)  Anmeldung des BHKW zum Anschluss an das Vorbereitung durch Lieferant örtliche Stromverteilnetz und Abschluss eines Netzanschluss‐ und Anschlussnutzungsvertrags  Anmeldung des BHKWs beim Erdgasversorger  Anmeldung des BHKWs beim Schornsteinfeger  Vertrag über den erzeugten KWK‐Strom mit Prüfen und beraten lassen. Der Netzbetreiber zahlt die Stromvergütung sowie den KWK‐
dem örtlichen Netzbetreiber abschließen Zuschlag Nach Inbetriebnahme  Antrag auf Zulassung beim BAFA  Zulassungsbescheid des BAFA an den Netzbetreiber weiterleiten Fortlaufend Betreiber benötigen für das BHKW die BAFA‐
Zulassung, um den Zuschlag nach dem KWKG zu erhalten  Antrag auf Rückerstattung der Energiesteuer Spätestens bis zum 31. März des Folgejahres beim Hauptzollamt seines Wohn‐ bzw. Geschäftssitzes stellen Der Betreiber meldet jährlich bis zum 31. März  Meldung an das BAFA des Folgejahres die im abgelaufenen Kalenderjahr eingespeiste und eigenverbrauchte Strommenge sowie Brennstoffart an das BAFA. ‐ 68 ‐ Stand: Januar 2011 Literaturverzeichnis 1. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU). Energie dreifach nutzen ‐ Strom, Wärme und Klimaschutz: Ein Leitfaden für kleine Kraft‐Wärme‐Kopplungsanlagen (Mini‐KWK). 2009. 2. Bundesverband Kraft‐Wärme‐Kopplung (B.KWK). [Online] http://www.bkwk.de/. 3. Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V. (ASUE). [Online] http://www.asue.de. 4. Suttor, Wolfgang. Blockheizkraftwerke ‐ Ein Leitfaden für den Anwender. s.l. : Solarpraxis AG, 2009. 5. Wikipedia. [Online] http://www.wikipedia.de. 6. Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V. (ASUE). BHKW‐Kenndaten 2005. 7. DIN 6280‐14. Stromerzeugungsaggregate mit Hubkolben‐Verbrennungsmotoren. Teil 14: Blockheizkraftwerke (BHKW) mit Hubkolben‐Verbrennungsmotoren ‐ Grundlagen, Anforderungen, Komponenten, Ausführung und Wartung. 1997. 8. Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V. (ASUE). Einbindung von kleinen und mittleren Blockheizkraftwerken. Kaiserslautern : Verlag Rationeller Erdgaseinsatz, 2007. 9. Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V. (ASUE). BHKW‐Checkliste ‐ Orientierungshilfe zu Auslegung und Wirtschaftlichkeit. 2007. 10. VDI 3807. Energie‐ und Wasserverbrauchskennwerte für Gebäude. Berlin : Beuth Verlag, 2007. 11. Institut für Wohnen und Umwelt. Klimadaten Deutscher Stationen. [Online] 2010. http://www.iwu.de/datei/Gradtagszahlen_Deutschland.xls. 12. DIN 4710. Statistiken meteorologischer Daten zur Berechnung des Energiebedarfs von heiz‐ und raumlufttechnischen Anlagen in Deutschland. 2003. 13. E.ON Hanse Wärme GmbH. Auslegungskriterien für wirtschaftliche BHKW, Präsentationsunterlagen vom 25.09.2008. 14. EnergieStG. Energiesteuergesetz. Zuletzt geändert durch Art. 13 G v. 22.12.2009 I 3950. 15. KWKG. Gesetz für die Erhaltung, die Modernisierung und den Ausbau der Kraft‐Wärme‐Kopplung (Kraft‐Wärme‐Kopplungsgesetz). Zuletzt geändert durch Art. 5 G v. 21.8.2009 I 2870. 16. EEG. Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (Erneuerbare‐Energien‐Gesetz). Zuletzt geändert durch Art. 12 G v. 22.12.2009 I 3950. 17. Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt. Förderrichtlinie Unternehmen für Ressourcenschutz. [Online] 2009. http://www.hamburg.de/contentblob/1077484/data/foerderrichtlinie‐antrag.pdf. ‐ 69 ‐ Stand: Januar 2011 18. VDI 2067. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung gebäudetechnischer Anlagen. 19. Energiemanufaktur Nord. Wirtschaftliches Heizen ‐ Handbuch zum Ermitteln von Einsparpotenzialen in Heizungsanlagen. Hamburg : Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt (BSU), 2007. 20. VDI 3808. Energetische Bewertung von Gebäuden und der Gebäudetechnik ‐ Anwendung bestehender Verfahren. 2010. 21. BHKW‐Info. [Online] www.bhkw‐info.de. 22. Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V. (ASUE). Blockheizkraftwerke in Krankenhäusern ‐ Kostensenkung durch effiziente Strom‐ und Wärmeerzeugung. s.l. : Energieagentur.NRW, 2010. 23. EEWärmeG. Gesetz zur Förderung Erneuerbarer Energien im Wärmebereich (Erneuerbare‐
Energien‐Wärme‐Gesetz). Geändert durch Art. 3 G v. 15.7.2009 I 1804. ‐ 70 ‐ Stand: Januar 2011 Anhang: Beispiel zur Dimensionierung mit dem Excel‐Tool Arbeitsblatt 1: Eingabe der Verbrauchsdaten Eingabe der Verbrauchsdaten
Standort
Verbrauchsdaten aus dem Jahr
Typ
Hamburg
2009
Erdgas
Gasverbrauch / Monat:
Januar
Februar
März
April
Mai
Juni
Juli
August
September
Oktober
November
Dezember
Gesamtjahresverbrauch
500.000
400.000
250.000
200.000
100.000
80.000
50.000
50.000
100.000
200.000
400.000
500.000
2.830.000
Warmwasserbereitung
Berechneter Wärmebedarf WWB (aus Juli)
Jahreswärmebedarf WWB
max. Wärmeleistungsbedarf WWB
Vollbenutzungsstunden WWB
433.604
433.604
70
6.194
Prozesswärme
Jahreswärmebedarf Prozesswärme
max. Wärmeleistungsbedarf Prozessw.
Vollbenutzungsstunden Prozesswärme
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Ho)
kWh(Hu)/a
kWh(Hu)/a
kW
h/a
0 kWh(Hu)/a
0 kW
0 h/a
Strom:
Jährlicher Stromarbeitsbedarf
Stromleistungsbedarf des Objektes
1.000 MWh/a
500 kW
Angaben zum bestehenden Heizsystem
Kesselleistung gesamt
Kesselwirkungsgrad
Kesselnutzungsgrad
500 kW_th
90%
80%
Eingabe der Energiebezugspreise
Erdgas‐Leistungspreis
Durchschnittlicher Brennstoffpreis
500 €/a
3,8 ct/kWh(Ho)
Strom‐Leistungspreis
Durchschnittlicher Strom‐Arbeitspreis
50 €/a
7,5 ct/kWh
‐ 71 ‐ Stand: Januar 2011 Arbeitsblatt 2: Dimensionierung Bestandsanlage
Kesselleistung Bestand
jährl. Brennstoffverbrauch
jährl. Stromverbrauch
Außentemperaturbereinigter Heizwärmebedarf
kW_th
MWh(Ho)/a
MWh/a
kWh/a
500
2.830
1.000
2.191.336
Auswahl der BHKW‐Leistungsgrößen
elektrische Leistung (Auswahl)
thermische Leistung
Brennstoffleistung
el. Wirkungsgrad
th. Wirkungsgrad
Gesamtwirkungsgrad
Vollbetriebsstunden (aus Diagramm 4 ablesen!)
Deckungsanteil Stromerzeugung am Eigenverbrauch
kW_el
kW_th
kW
h/a
BHKW 1
BHKW 2
BHKW 3
237,0
198,0
120,0
372,0
299,0
191,0
669,0
553,0
346,0
35%
36%
35%
56%
54%
55%
91%
90%
90%
3.500
4.400
6.700
0%
0%
0%
Leistungsdaten
BHKW‐Anlage:
erzeugte elektrische Energie pro Jahr
eingespeiste Strommenge
zusätzlicher Strombezug
kWh_el/a
kWh_el/a
kWh_el/a
829.500
829.500
1.000.000
871.200
871.200
1.000.000
804.000
804.000
1.000.000
Heizwärme durch das BHKW bereitgestellt
Deckungsanteil Wärmebedarf durch BHKW
jährl. Brennstoffleistung für BHKW (Ho)
kWh_th/a
%
kWh/a
1.302.000
59%
2.592.041
1.315.600
60%
2.693.552
1.279.700
58%
2.566.247
82%
0,64
81%
0,66
81%
0,63
Gesamt‐Nutzungsgrad BHKW
Stromkennzahl BHKW
Heizkessel (Spitzenlast):
Heizwärme durch Heizkessel bereitgestellt
jährl. Brennstoffleistung für Kessel (Ho)
kWh_th/a
kWh/a
889.336
1.093.884
875.736
1.077.156
911.636
1.121.313
Gesamt‐Brennstoffleistung (Ho)
kWh/a
3.685.924
3.770.708
3.687.560
Kennzahlen
th. Nutzungsgrad Bestandsanlage
el. Nutzungsgrad Netzstrom (Quelle: Umweltbundesamt, 2007)
80,0%
41,7%
th. Nutzungsgrad KWK‐Anlage
el. Nutzungsgrad KWK‐Anlage
59,5%
22,5%
58,1%
32,3%
59,4%
31,3%
Primärenergieeinsparung durch KWK
22,0%
33,4%
33,1%
520,9
227,6
‐462,3
286,3
CO2‐Emissionen
CO2‐Emissionsfaktor Brennstoff
CO2‐Emissionsfaktor Netzstrom
CO2‐Emissionen Kessel Bestand
kg /kWh
kg /kWh
t(CO2)/a
0,203
0,575
574,49
CO2‐Emissionen BHKW
CO2‐Emissionen Kessel
vermiedene CO2‐Emissionen durch KWK‐Strom
Summe CO2‐Emissionen Neu
t(CO2)/a
t(CO2)/a
t(CO2)/a
t(CO2)/a
526,2
222,1
‐477,0
271,3
546,8
218,7
‐500,9
264,5
CO2‐Einsparung durch BHKW
in Prozent
t(CO2)/a
303,2
53%
310,0
54%
‐ 72 ‐ Stand: Januar 2011 288,2
50% Arbeitsblatt 3: Wirtschaftlichkeit Finanzmathematische Rahmenannahmen
Zinssatz
q (Zinssatz+1)
5%
1,05
elektrische Leistung BHKW
kW
BHKW 1
BHKW 2
BHKW 3
237,0
198,0
120,0
Kapitalgebundene Kosten
Investitionskosten:
BHKW + Integration
Pufferspeicher
Förderung:
Klimaschutz‐Impulsprogramm (nur bis 50 kW_el)
Förderung Unternehmen für Ressourcenschutz (nur FHH!)
Summe Investitionskosten (ohne Förderung)
Summe Investitionskosten (mit Förderung)
€
362.000,00
314.000,00
212.000,00
€
€
€
€
€
€
5.000,00
5.000,00
5.000,00
€
€
€
€
‐
45.192,59
‐
45.598,57
‐
44.292,92
€
€
367.000,00
321.807,41
319.000,00
273.401,43
217.000,00
172.707,08
Verbrauchsgebundene Kosten
spezifische Brennstoffkosten (netto)
spezifische Stromkosten (netto)
ct/kWh(Ho)
ct/kWh
3,80
7,50
Brennstoffkosten BHKW und Kessel
Stromkosten Netzbezug
€/a
€/a
140.600,00
75.050,00
143.800,00
75.050,00
140.700,00
75.050,00
Summe verbrauchsgebundene Kosten
€/a
215.650,00
218.850,00
215.750,00
Wartung, Instandhaltung BHKW
€/a
€/a
€/a
11.200,00
12.300,00
13.000,00
Summe betriebsgebundene Kosten
€/a
11.200,00
12.300,00
13.000,00 Versicherung, Verwaltung (1 % vom Invest)
€/a
€/a
3.670,00
3.190,00
2.170,00
Summe sonstige Kosten
€/a
3.670,00
3.190,00
2.170,00 Betriebsgebundene Kosten
Sonstige Kosten
‐ 73 ‐ Stand: Januar 2011 Erlöse
Strompreis für eingespeisten Strom (EEX Baseload)
vermiedenes Netzentgelt
KWK‐Zuschlag bis 50 kW_el
KWK‐Zuschlag von 50 bis 2.000 kW_el
Energiesteuerbefreiung
ct/kWh_el
ct/kWh_el
ct/kWh_el
ct/kWh_el
ct/kWh(Ho)
4,100
0,231
5,11
2,10
0,55
Förderung durch das KWKG
Einspeisevergütung
vermiedenes Netznutzungsentgelt
Energiesteuerbefreiung
€/a
€/a
€/a
€/a
22.687,00
34.009,50
1.916,15
14.256,22
24.917,20
35.719,20
2.012,47
14.814,54
26.967,50
32.964,00
1.857,24
14.114,36
Summe Erlöse
€/a
72.868,87
77.463,41
75.903,10
Verbrauchsgebundene Kosten
Betriebsgebundene Kosten
Sonstige Kosten
Erlöse
€/a
€/a
€/a
€/a
215.650,00
11.200,00
3.670,00
72.868,87
218.850,00
12.300,00
3.190,00
77.463,41
215.750,00
13.000,00
2.170,00
75.903,10
jährliche Kosten KWK‐Anlage
€/a
157.651,13
156.876,59
155.016,90
Verbrauchsgebundene Kosten
€/a
183.090,00
jährliche Kosten Bestandsanlage
€/a
183.090,00
€/a
25.439
0,069
26,19
26.213
0,082
19,22
28.073
0,129
10,01
25.439
0,079
20,52
26.213
0,096
15,11
28.073
0,163
7,53
Zusammenfassung
Bestandsanlage
Amortisationszeit (ohne Förderung)
Jährliche Einsparung
Annuitätsfaktor
Amortisation BHKW‐Nachrüstung
Jahre
Amortisationszeit (mit Förderung)
Jährliche Einsparung
Annuitätsfaktor
Amortisation BHKW‐Nachrüstung
€/a
Jahre
‐ 74 ‐ Stand: Januar 2011 Arbeitsblatt: Diagramme Diagramm 1: Gasverbrauch / Monat:
600.000
Gasverbrauch [kWh(Ho)]
500.000
400.000
300.000
200.000
100.000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Monat
Diagramm 2: Energiebedarfsstruktur eines Jahres
WWB und Prozesswärme
Heizwärme
600
Leistung [kW]
500
400
300
200
100
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Monat
‐ 75 ‐ Stand: Januar 2011 Diagramm 3: Berechnung der Lastkennlinie
800
temperaturunabh. Leistung
Wärmeleistungsbedarf [kW]
700
temperaturabh. Leistung
Gesamtleistung
600
500
400
300
200
100
0
‐15,0
‐10,0
‐5,0
0,0
5,0
Aussentemperatur [°C]
10,0
15,0
20,0
Diagramm 4: Jahresdauerlinie der benötigten Wärmeleistung
700
BHKW 1
BHKW 2
BHKW 3
Temperaturunabhängige Leistung (WWB + Prozessw.)
Temperaturabhängige Leistung (gestapelt)
Wärmeleistung [kW]
600
500
400
300
200
100
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
Anzahl Stunden pro Jahr
‐ 76 ‐ Stand: Januar 2011 6000
7000
8000
Diagramm 5: Amortisation
Amortisation BHKW‐Nachrüstung
30.000
30
25.000
25
20.000
20
15.000
15
10.000
10
5.000
5
0
0
BHKW 1
BHKW 2
Amortisation [Jahren]
jährliche Einsparung [€/a]
jährliche Einsparung
BHKW 3
Diagramm 6: Vergleich der Varianten
CO2‐Einsparung durch BHKW
40%
320
35%
280
30%
240
25%
200
20%
160
15%
120
10%
80
5%
40
0%
0
BHKW 1
BHKW 2
CO2‐Einsparung durch BHKW [t/a]
Primärenergieeinsparung durch KWK [%]
Primärenergieeinsparung durch KWK
BHKW 3
‐ 77 ‐ Stand: Januar 2011 
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